W ramach projektu badawczego "Lepsza ochrona pacjentów kardiologicznych przed arytmią dzięki poprawie kryteriów oceny elektrofizjologicznej końcowej fazy załamka T" prowadzone są 3 główne działania skupione wokół dwóch wątków – doświadczalnego i popularyzacyjnego. Pierwsze działanie, najtrudniejsze od strony technicznej, polega na przebadaniu grupy pacjentów kardiologicznych, u których naukowcy jednocześnie chcą mierzyć potencjały elektryczne (EKG) i pole magnetyczne. Celem tego działania ma być określenie, w oparciu o fizyczną teorię biopotencjału, zależności pomiędzy różnymi parametrami charakteryzującymi załamek T. – Z powodu pandemii musieliśmy przesunąć realizację tego działania – wyjaśnia dr Teodor Buchner z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej. – Pomiary zaplanowane są na pierwszy kwartał 2022 r. – dodaje.

Tego typu badania są bardzo rzadko robione, ponieważ wymagają posiadania unikatowego sprzętu. Skąd więc pomysł na złożenie takiego grantu do konkursu BIOTECHMED-2, organizowanego przez Centrum Badawcze POB Biotechnologia i inżynieria biomedyczna?

–  Akurat na Politechnice Warszawskiej mamy aparaturę, która potrzebna jest do wykonania tego badania – wyjaśnia dr Buchner. – Pracuje na niej zespół doktora Pęczalskiego z Wydziału Mechatroniki PW. Nasz, fizyków, wkład do tego badania polega na naszej skłonności do spekulacji, akademickiej analizy. W tym działaniu skupiamy się na budowaniu modeli i głębszym zrozumieniu rzeczywistości, którą obserwujemy – tłumaczy badacz.

Drugi wątek grantu prowadzony jest na dużej amerykańskiej bazie danych THEW, pozyskanej z University of Rochester. Zespół z Wydziału Fizyki prowadzi badania na pacjentach kardiologicznych w celu opracowania nowych technik diagnostycznych.

Przy okazji realizacji zadań badawczych politechniczni naukowcy doszli do wniosku, że to co obserwują na poziomie elektrody  EKG to sygnał, mający już swoją historię. To jest sygnał, który wyszedł z serca, wędrował jakimiś drogami oraz przy pomocy różnych zjawisk fizycznych, takich jak polaryzacja, rozchodził się po tkance. Badaczom udało się znaleźć kilka takich obszarów, w których są w stanie powiedzieć jakimi drogami sygnał się rozchodzi i jakie to ma konsekwencje dla diagnostyki. – Obecnie jesteśmy w trakcie pracy nad patentem związanym z tym badaniem, który będzie, mam nadzieję, jednym z wyników grantu – mówi dr Buchner.

Ogórek w służbie nauki

Kolejnym wątkiem grantu jest zgłoszony przez środowisko kardiologów eksperymentalnych problem wiarygodności badań objętości wody wewnątrzkomórkowej. Tutaj politechniczni fizycy współpracują z naukowcami z Wydziału Chemicznego PW. – Początkowo chcieliśmy przeprowadzić badania na tkance zwierzęcej, ale koledzy chemicy zasugerowali nam użycie próbki roślinnej, którą łatwiej się bada – mówi dr Buchner.

Badanie przeprowadzono na ogórku. – Badaliśmy wpływ procesu zamrożenia i odmrożenia na własności elektryczne próbki – wyjaśnia fizyk. – Proces zamrożenia powoduje zniszczenie struktury komórkowej. Zaobserwowaliśmy zmiany wynikające z procesu zamrażania, które potrafimy, z perspektywy fizyki, zinterpretować i stworzyć nową teorię. Naszym celem jest również wejście ze środowiskiem kardiologów eksperymentalnych w dialog, aby stać się dla nich dostawcą rozwiązań – mówi.

Dr Buchner i inż. Zajdel przy pracy, fot. M. Wojtkowska

Szeroko zakrojona współpraca

Naukowcy z Wydziału Fizyki w ramach prac badawczych współpracują nie tylko z Wydziałem Mechatroniki i Chemicznym. Temat grantu stał się na tyle nośny, że zgromadził w sumie około kilkunastu osób, które nad nim pracują. – Są to między innymi wykonawcy grantu, moi dyplomanci, doktoranci oraz adiunkci – wymienia dr Buchner. – Przy okazji realizacji tego grantu zaobserwowaliśmy, że pojawienie się ciekawego tematu powoduje, że ludzie o różnych statusach akademickich zaczynają ściągać do niego, często jako wolontariusze – kontynuuje badacz. –  Współpracuje z nami chłopak dyplomantki, który zaangażował się w prace, ponieważ bardzo spodobał mu się ten temat. Mamy nawet doktorantkę z Wydziału Architektury, która pracowała nad wizualizacjami i wniosła bardzo dużo w budowę wyobraźni o zjawiskach, zachodzących na poziomie molekularnym. Temat ten znajdzie swoje miejsce w książce: "Molekularna teoria biopotencjału", która ukaże się w tym roku nakładem Oficyny Wydawniczej PW, również przy wsparciu z grantu. Dobre, interdyscyplinarne tematy, które możemy realizować w ramach Priorytetowych Obszarów Badawczych zwiększają współpracę wewnątrz Politechniki i ułatwiają współpracę zarówno z przemysłem, jak i z lekarzami, m.in. ze Szpitala Wolskiego oraz Narodowego Instytutu Kardiologii w Aninie, którzy są odbiorcami naszych badań – dodaje dr Buchner.

W badaniach uczestniczy również Koło Naukowe Fizyki Komputerowej z Wydziału Fizyki, które wspiera  naukowców w rozwijaniu wątków obliczeniowych.

-

Projekt "Lepsza ochrona pacjentów kardiologicznych przed arytmią dzięki poprawie kryteriów oceny elektrofizjologicznej końcowej fazy załamka T" jest finansowany w ramach grantu badawczego Centrum Badawczego POB Biotechnologia i inżynieria biomedyczna programu "Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza", który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład zespołu badawczego (wraz z osobami, które uczestniczą w pracach jako wolontariusze):

• dr hab. inż. Teodor Buchner, Wydział Fizyki,
• dr inż. Kazimierz Pęczalski, Wydział Mechatroniki,
• prof. Leszek Niedzicki, Wydział Chemii,
• dr Marta Kasprzyk, Wydział Chemii,
• mgr inż. Karolina Rams, Wydział Fizyki,
• mgr inż. Michał Wierzchowski, Wydział Mechatroniki,
• mgr inż. arch. Agata Bonisławska, Wydział Architektury,
• dr inż. Tomasz Gradowski, Wydział Fizyki,
• mgr inż. Mateusz Ozimek, Wydział Fizyki,
• mgr inż. Małgorzata Andrzejewska, Wydział Fizyki,
• inż. Maryla Zajdel, Wydział Fizyki,
• mgr inż. Sebastian Wildowicz, Wydział Fizyki,
• mgr inż. Judyta Sobiech, Wydział Fizyki,
• inż. Gabriela Janik,
• Katarzyna Pawłowska,
• Katarzyna Jon.