Musieliśmy opracować wiele zupełnie nowych rozwiązań, począwszy od elektroniki, przez metody rekonstrukcji sygnałów aż po analizę danych. Mamy na to już ponad 40 patentów. Nasz prototyp waży 60 kg – wylicza prof. Paweł Moskal (Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ). Naukowiec kieruje zespołem pracującym nad zbudowaniem mini-PET-a. Prototyp przechodzi serię testów.

Precyzyjne namierzanie zmian nowotworowych i kierowanie na nie najskuteczniejszych terapii, to możliwości, jakie daje modułowy Jagielloński Pozytonowo Emisyjnego Tomograf (J-PET). Przeważniej urządzenia do prowadzenia pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) ważą wiele ton i kosztują dziesiątki milionów złotych. Prototyp J-PET jest mobilny. W wersji produkcyjnej byłby nie tylko lżejszy od „tradycyjnego” PET-a, ale i znacznie tańszy.

– Cel naszych badań to zbudowanie tomografu PET, który pozwala na analizę metabolizmu podawanych człowiekowi substancji w całym ciele i wszystkich tkankach jednocześnie – wyjaśnia prof. Moskal, dodając: – To istotne nie tylko dla stwierdzenia, co dzieje się w ciele z lekami, ale także do wykrywania nowotworów oraz schorzeń układu krwionośnego.

Pozytonowa tomografia
emisyjna to technika diagnostyczna, która pozwala na śledzenie procesów metabolicznych w organizmie. Pacjentowi podaje się tzw. radiofarmaceutyk, czyli związek chemiczny zawierający co najmniej jeden rodzaj promieniotwórczych atomów. Gdy docierają one do organów, przyczyniają się do emisji kwantów gamma, co z kolei rejestrują detektory tomografu.

– Najczęściej pacjentom podaje się fluorodeoksyglukozę, zatem możemy obserwować, jak różne tkanki metabolizują glukozę. Wiemy, że tkanki nowotworowe metabolizują nawet dziesięć razy więcej glukozy niż zdrowe. Można więc dzięki tej technice wyznaczyć miejsca onkologicznie podejrzane – wyjaśnia krakowski fizyk.

Wykorzystanie pozytonowej
tomografii emisyjnej często ograniczone jest jednak przez rozmiar urządzeń niezbędnych do jej wykonania. Prof. Moskal od kilkunastu lat pracuje jednak nad ich miniaturyzacją. Jego zespół stworzył już w pełni funkcjonalny prototyp tomografu składającego się z 24 modułów, które można swobodnie transportować i składać tam, gdzie jest to potrzebne. Ta miniaturyzacja była możliwa m.in. dzięki pionierskiemu zastosowaniu elementów wykonanych z tworzyw sztucznych.

– Musieliśmy w tym celu opracować wiele zupełnie nowych rozwiązań, począwszy od elektroniki, przez metody rekonstrukcji sygnałów aż po analizę danych. Mamy na to już ponad 40 patentów – podkreśla fizyk. – Nasz prototyp waży 60 kg. W pełnej formie urządzenie pozwalające na zobrazowanie całego ciała będzie ważyło kilkaset kilogramów. Będzie można je przenosić i otwierać, a pacjent będzie miał komfort związany z tym, że zawsze będzie mógł z niego wyjść.

To jeszcze nie koniec wyjątkowych możliwości skonstruowanego na Uniwersytecie Jagiellońskim urządzenia.

– Jesteśmy w stanie mierzyć, jak długo radioaktywne atomy istnieją wewnątrz organizmu człowieka. W próżni to trwałoby około 140 nanosekund, czyli miliardowych części sekundy, a w organizmie człowieka jeszcze krócej, co związane jest m.in. ze stopniem natlenienia tkanki. Wiemy, że tkanki nowotworowe zawsze są mniej utlenione niż zdrowe. Oznacza to, że mierząc precyzyjnie czas istnienia tych atomów, lekarze – bez konieczności wykonania biopsji – będą w stanie lepiej niż obecnie rozróżniać tkanki zdrowe, objęte stanami zapalnymi, od nowotworów określając nawet stopień złośliwości danego guza - wyjaśnia prof. Ewa Stępień kierująca badaniami medycznymi w zespole.

Założenia potwierdziła
już seria testów na tkankach pobranych podczas operacji od pacjentów cierpiących na śluzaki serca i otrzewnej. Wyniki prac zespołu prof. Moskala publikowały najważniejsze periodyki naukowe świata, w tym: Science Advances, Nature Reviews Physics, Nature Communications.

– To pierwsze tego typu pomiary na świecie i dziedzina, która się zaczęła rozwijać właśnie dzięki wynikom naszych prac – podkreśla prof. Moskal. Teraz swoje badania na ten temat zaczynają publikować naukowcy z USA czy Japonii, a zespół prof. Moskala prowadzi obecnie pierwsze testy, które mają sprawdzić skuteczność pomiarów u pacjentów.

Projekt budowy Jagiellońskiego Pozytonowo Emisyjnego Tomografu J-PET był współfinansowany z Funduszy Europejskich przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu TEAM ze środków pochodzących z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój.

Fundacja na rzecz Nauki Polskiej istnieje od 1991 r. i jest niezależną, samofinansującą się instytucją pozarządową typu non-profit, która realizuje misję wspierania nauki. Jest największym w Polsce pozabudżetowym źródłem finansowania nauki.