Fundacja na rzecz Nauki Polskiej (FNP) jest niezależną i samofinansującą się polską instytucją pozarządową typu non-profit z siedzibą w Warszawie. Została założona w lutym 1991 r. i od tamtego czasu realizuje misję wspierania nauki w Polsce.
W lipcu 2017 roku, Fundacja na Rzecz Nauki Polskiej (FNP) przyznała dofinansowanie dla trzech kolejnych projektów IPPT PAN. Projekty będą realizowane w ramach konkursów FIRST TEAM oraz HOMING przez troje młodych, zdolnych naukowców z IPPT PAN: dr hab. Piotra Korczyka, dr Michała Komorowskiego oraz dr. inż. Izabelę K. Piechocką.
- Projekt „PRECYZYJNE OPERACJE NA KROPLACH WBUDOWANE W INTELIGENTNE ARCHITEKTURY MIKROPRZEPŁYWOWE DO ZASTOSOWAŃ W DIAGNOSTYCE MEDYCZNEJ I BADANIACH BIOLOGICZNYCH”
Koordynator projektu: dr hab. Piotr Korczyk
Celem projektu jest rozwinięcie nowatorskich technik mikroprzepływowych pozwalających na precyzyjne operowanie niewielkimi kropelkami (o objętościach mniejszych od 1 mikrolitra) oraz zastosowanie tych technik do diagnostyki medycznej i badań mikrobiologicznych.
Mała kropelka może być traktowana jako odizolowany reaktor biochemiczny. Tworzenie dużej liczby takich kropel w połączeniu z możliwością dodawania do nich odczynników chemicznych pozwala na przeprowadzanie serii eksperymentów jednocześnie.
W ramach projektu opracowane i zastosowane zostaną rozwiązania mikroprzepływe, które z jednej strony zapewnią wysoką precyzję operacji wykonywanych na kropelkach, z drugiej strony będą łatwe do zastosowania w przenośnych, automatycznych laboratoriach (Lab on a Chip).
Uzyskane to będzie poprzez zbudowanie specjalnych geometrii kanałów mikroprzepływowych, które spowodują tworzenie się kropelek oraz spontaniczne wykonywanie się określonych operacji na kroplach.
Opracowane rozwiązania zostaną zastosowane do stworzenia automatycznego urządzenia realizującego dowolne ciągi operacji na kroplach. To programowalne, kropelkowe mikrolaboratorium będzie umożliwiało przeprowadzanie badań biologicznych lub procedur diagnostycznych bez konieczności dostępu do wyspecjalizowanego laboratorium.
Fot. 1 Układ mikroprzepływowy produkujący krople o różnym stężeniu reagenta - Projekt „ODSZYFROWYWANIE SYGNALIZACJI BIOCHEMICZNEJ W CELU PROJEKTOWANIA BARDZIEJ SKUTECZNYCH STRATEGII TERAPEUTYCZNYCH”
Koordynator projektu: dr Michał Komorowski
W ludzkim organizmie, biliony komórek różnych typów komunikują się ze sobą uwalniając tysiące rodzajów cząsteczek takich jak hormony, czynniki wzrostu czy cytokiny. Komórki mają zdolność odbierania informacji zakodowanej przez rodzaj, stężenie i długość ekspozycji na daną cząsteczkę sygnałową dzięki wyspecjalizowanym receptorom znajdującym się w błonie komórkowej. Związanie się cząsteczki (stymulanta) z częścią receptora na zewnątrz komórki powoduje jego aktywność wewnątrz komórki i w konsekwencji prowadzi do uruchomienia kaskady reakcji biochemicznych, zwanych ścieżką sygnałową. Aktywność ścieżki sygnałowej pozwala komórce wygenerować odpowiedź na odebrany impuls. Procesy sygnałowania biochemicznego są bardzo złożone gdyż często jeden stymulant aktywuje wiele ścieżek oraz jedna ścieżka może być aktywowana przez wiele stymulantów. Dlatego, mimo dużej wiedzy na temat biochemicznych i molekularnych mechanizmów sygnałowania, zrozumienie tego jak biochemiczne ścieżki sygnałowe przekazują informacje jest ograniczone. Zrozumienie ich funkcjonowania jest istotne ponieważ zaburzenia w procesach sygnałowania są obserwowane w przebiegu wielu chorób, w tym nowotworów oraz przewlekłych chorób zapalnych.
Głównym celem projektu jest zrozumienie, w jaki sposób procesy sygnalizacji biochemicznej umożliwiają komórce wygenerowanie różnych odpowiedzi na impulsy złożone z różnych stymulantów o różnych stężeniach oraz wykorzystanie tej wiedzy do zaproponowania strategii identyfikacji celów terapeutycznych.
Koncepcja odrębnych szlaków sygnałowych wywarła istotny wpływ na sposób projektowania leków zmieniających sygnalizację komórkową. Wedle tej koncepcji aktywacja konkretnej ścieżki prowadzi do konkretnej odpowiedzi komórki, a zatem jej farmakologiczna blokada lub aktywacja powinna wywołać precyzyjną zmianę w zachowaniu komórki. W praktyce jednak leki zaprojektowane według tej koncepcji, tzn. modulujące specyficzną reakcję w ścieżce sygnałowej, okazały się dużo mniej skuteczne od oczekiwań. Wskazało to na konieczność lepszego zrozumienie jak informacja o złożonych stymulantach jest przetwarzana przez komórki w celu wygenerowania konkretnej odpowiedzi. W projekcie zastosujemy unikalne podejście do tego problemu polegające na użyciu matematycznych metod teorii informacji, które stanowią naturalne narzędzia do opisywania tego typu procesów. Dzięki połączeniu podejścia teoretycznego z odpowiednio zaprojektowanymi eksperymentami dowiemy się jak złożone bodźce mogą być zakodowane w aktywnościach ścieżek sygnałowych.
Ze względu na złożoność procesów sygnałowych projektowanie interwencji farmakologicznych mających na celu wywołanie specyficznych odpowiedzi komórkowych może wymagać wyrafinowanych strategii, nawet jeśli leki o specyficznym działaniu są dostępne. W szczególności konieczne jest zrozumienie, jak informacja o złożonej mieszance bodźców zewnątrzkomórkowych jest przekształcana w konkretne odpowiedzi komórkowe.
Projekt przyczyni się do osiągnięcia tego celu poprzez ustanowienie matematycznej metodologii umożliwiającej ścisłą analizę złożonych procesów sygnalizacji.
Ponadto, przy użyciu rozwiniętych metod odszyfrujemy mechanizmu rozpoznawania i dyskryminacji różnych typów ligandów przez pojedynczy receptor interferonu typu pierwszego, co ma znaczenie przy projektowaniu skutecznych metod wspierania immunoterapii antynowotworowych opartych o blokery punktów kontrolnych układu immunologicznego.
- Projekt „WPŁYW PRZEPŁYWU LAMINARNEGO NA STRUKTURĘ SIECI FIBRYNOWEJ ORAZ WZAJEMNYCH ODDZIAŁYWAŃ FIBRYNY Z PŁYTKAMI KRWI (CZYLI JAK PŁYNĄCA KREW WSPOMAGA GOJENIE SIĘ RAN)”
Koordynator projektu: dr inż. Izabela K. Piechocka
Projekt jest realizowany we współpracy z instytutami AMOLF (Amsterdam, Holandia) oraz ICFO (Barcelona, Hiszpania).
Celem projektu jest obrazowanie zmian zachodzących w strukturze sieci fibrynowej, kształcie pojedynczych włókien fibrynowych oraz wzajemnych oddziaływań między fibryną a płytkami krwi w obecności przepływu laminarnego.
Proces krzepnięcia krwi zapobiega jej nadmiernej utracie z rany powstałej na skutek skaleczenia.
Na pierwszym etapie tego procesu, komórki krwi (między innymi trombocyty) przyczepiają się do ścianki naczynia krwionośnego tworząc tak zwany czop, który następnie zostaje wzmocniony przez sieć fibrynową formującą się dookoła.
Po zabliźnieniu się rany, powstały skrzep ulega rozpuszczeniu, dzięki czemu przepływ krwi przez naczynie krwionośnie nie jest blokowany.
Proces tworzenia się skrzepu odbywa się w obecności przepływającej krwi, która wywiera na niego ciągły nacisk. Dlatego też, aby nie ulec przedwczesnemu zerwaniu, skrzep musi być bardzo wytrzymały i elastyczny. I rzeczywiście, skrzep posiada wysoką wytrzymałość i elastyczność, co zawdzięcza obecności sieci fibrynowej. Sieć ta samoistnie może zwiększyć swoją sztywność do 1000 razy jeśli zostanie poddana działaniu siły, a jej pojedyncze włókna mogą zostać rozciągnięte czterokrotnie bez większego uszkodzenia. Przepływająca krew wzmacnia zatem skrzep wymuszając zwiększanie trwałości sieci fibrynowej.
Jaka jest jednak dokładna rola przepływu krwi w organizacji struktury sieci fibrynowej oraz jej oddziaływań z trombocytami? Celem tego projektu jest znalezienie odpowiedzi na to pytanie poprzez wytworzenie sztucznie poza ludzkim organizmem trójwymiarowej sieci fibrynowej oraz poddaniu jej działaniu przepływu. Do badań użyjemy specjalnego kanału mikroprzepływowego, który umożliwi nam wygenerowanie przepływu zbliżonego do tego, jaki występuje w naczyniach krwionośnych. Kanał ten zostanie umieszczony na podstawie mikroskopu konfokalnego, co da nam możliwość obrazowania na żywo zmian zachodzących w strukturze sieci fibrynowej. Dodatkowo użyjemy najnowocześniejszych w skali światowej mikroskopów wysokorozdzielczych (prowadząc uzupełniające badania w instytutach za granicą) w celu pokazania roli jaką pełni przepływ w organizacji cząsteczek łączących trombocyty z siecią fibrynową.
Powyższe badania naukowe wzbogacą naszą wiedzę w zakresie procesu krzepnięcia krwi, przylegania trombocytów do sieci fibrynowej i ich wzajemnych oddziaływań w warunkach zbliżonych do naturalnych. Pomogą one również uwidocznić wpływ przepływu na strukturę sieci fibrynowej tworzącej się u pacjentów z hemofilią czy zakrzepicą, u których właściwości wytrzymałościowe tejże sieci są zmodyfikowane. Mając na uwadze, że fibryna pełni dominującą rolę w procesie gojenia się ran, jest ona również popularnym biomateriałem stosowanym w szpitalach, w szczególności w inżynierii tkanki chrzęstnej, mięśnia sercowego, skóry, nerwów oraz tkanki przewodzącej. Z tego też względu, wgląd w organizację sieci fibrynowej stanowi bardzo ważny krok dla dalszego rozwoju inżynierii tkankowej.
Fot. 2 Fibryna tworzy sieć zbudowaną z długich i giętkich włókien, które unieruchamiają trombocyty w pobliżu rany. Rysunek zaadoptowany z internetu
