22.06.2022

Z drugiej strony obiektywu: poznać naukowca przez pryzmat pasji

Na co dzień był uśmiechniętym, lecz enigmatycznym kolegą z pracy. Przy ekspresie do kawy w socjalnej kuchni można było z nim porozmawiać o ciekawostkach naukowych, o kinematografii i o szeroko pojętym życiu. Jednak odzywał się dopiero zapytany. Najczęściej mocno zamyślony i skupiony, robił sobie czarną kawę w metalowym kubku z napisem „Najlepszy Tato” i rysunkiem planet przypominającym ilustracje z „Małego Księcia”. W poniedziałki rano pytał mnie grzecznościowo i lakonicznie, jak minął weekend. Odpowiadając czułam, że bardziej obserwuje niż słucha. Ciężko było poznać osobowość i zainteresowania Karola… aż pewnego razu, całkiem przypadkiem, odkryłam że interesuje się fotografią. Wtedy zaczęła się przygoda, która nabiera coraz większego rozpędu i chyba nawet sam Karol nie oczekiwał, że zaprowadzi nas promocyjnie tak daleko.

Personel administracji centrum na spotkaniu ICTER & ISC 2022 Annual Meeting. Zdjęcie: Karol Karnowski.

Kiedy zaczynałam pracę na stanowisku ds. komunikacji i PR, Karol nie powiedział ani słowa, a ja nawet nie kojarzyłam jego twarzy. Odczekał cały mój okres próbny w ICTER, jakby on również w duchu oceniał, czy się sprawdzę. Nic dziwnego – nie jestem naukowcem, a miałam komunikować światu, jaki jest cel prowadzonych w centrum badań naukowych. Weryfikacja po trzech miesiącach wypadła pozytywnie i wówczas Karol niespodziewanie pojawił się w moim biurze, sąsiadującym z jego officem. Z luźnej rozmowy wynikło, że odbył staż postdoktorski w Australii. Z fascynacją zaczął opowiadać o tym, jak kreatywnie i umiejętnie promowała się tamtejsza uczelnia University of Western Australia, pokazał mi filmik, na którym studenci biegają po całym świecie goniąc za swoimi marzeniami, nie dając się ani pokonać, ani zniechęcić trudnym warunkom – rozgrzanej do czerwoności pustyni, szalejącemu huraganowi, syberyjskim zaśnieżonym stepom, czy cementowej, nowojorskiej dżungli. Błysk w oku Karola dał mi do myślenia, że oto stał przede mną nieoszlifowany diament PR-owy, pełen pasji i pomysłów na promocję naszego centrum godną najlepszych australijskich uczelni. Postanowiłam w duchu, że stworzymy warunki, żeby ten diament oszlifować.

Nie musieliśmy ani długo czekać, ani specjalnie się wysilać, choć byliśmy do tego skłonni. Wkrótce pojawił się projekt wywiadu z naukowcami ICTER do magazynu MIT Management Review Polska i wystąpiła potrzeba zaprezentowania kilku zdjęć do zobrazowania tekstu. Nie mieliśmy tych fotografii, ale mieliśmy Karola. Poproszony o ich zrobienie, nie tylko zgodził się chętnie, ale zaangażował całe centrum, dyrekcję naszego macierzystego Instytutu Chemii Fizycznej i pół dzielnicy Wola w swoją autorską sesję fotograficzną. Był lipiec, słońce lało się żarem z nieba za oknami, a w biurach mroziła nas klimatyzacja. Karol przyjechał do pracy obarczony profesjonalnym sprzętem (aparat z obiektywami, statyw, lampy błyskowe) i zaczął sypać pomysłami na ujęcia fotograficzne jak magik sięgający po coraz to nowsze triki, by zaczarować publiczność. Asystując mu zwoływałam naukowców pracujących w open-space na Skierniewickiej do laboratoriów w celu obsługi urządzeń i pozowania do zdjęć. Ze wzruszeniem patrzyłam jak młodsi i starsi uczeni aktywnie i z ogromnym entuzjazmem brali udział w sesji. Wszyscy stanęli do tego wyzwania ramię w ramię zdając sobie sprawę, jak ważne jest pokazanie zewnętrznym odbiorcom, czym zajmujemy się w ICTER oraz dlaczego wyniki badań publikowane w światowej klasy magazynach naukowych (Nature, Optics Letters czy eNeuro, itd.) i najnowszej generacji rozwiązania technologiczne, jakie tworzymy przekładają sią pozytywnie na jakość życia i stan wzroku społeczeństwa.

ICTER & ISC 2022 Annual Meeting. Zdjęcie: Karol Karnowski.

Jednak Karol dopiero się rozkręcał. Okazało się, że spędził kilka poprzedzających sesję popołudni na spacerach po Woli w poszukiwaniu najlepszych miejscówek dla fotograficznych kadrów. Kiedy dołączyli do nas kierownik ICTER prof. Maciej Wojtkowski i dyrektor Adam Kubas z IChF PAN, ruszyliśmy na artystyczny spacer. Szliśmy nieznanymi mi dotąd zakamarkami i tylnymi uliczkami tak długo, aż natrafiliśmy na ogródek kawiarniany w paryskim stylu, gdzie zatrzymaliśmy się na café au lait. Karol w tym czasie intensywnie pracował, pojawiając się i znikając, raz za drzewem, raz na trawie w pozycji leżącej, w poszukiwaniu idealnego zdjęcia lidera naszego centrum i nadrzędnej nam jednostki, zrzeszonej w Polskiej Akademii Nauk. Następnie udaliśmy się w okolice nowoczesnych wieżowców, którymi Warszawa dorównuje skandynawskim budowlom biznesowym. Karol był w swoim żywiole, przekazywał instrukcje odnośnie ustawienia ciała naszym modelom. Wracając zaprowadził nas jeszcze pod budynek z fakturą starej cegły, kontrastującej z wszechobecną giełdową scenerią, oraz do pobliskiego tunelu między budynkami, gdzie zrobił najlepsze zdjęcie prof. Wojtkowskiego, jakie do tej pory widziałam.

Prof. Adam Kubas i Prof. Maciej Wojtkowski – Wola, Warszawa. Zdjęcie: Karol Karnowski.

Kilka dni po sesji Karol przekazał nam 90 zdjęć i prawa autorskie na potrzeby promocji centrum. Mimo, że działał hobbystycznie, wykonał pracę w sposób w pełni profesjonalny, a ICTER w końcu doczekało się zdjęć na takim poziomie, na jaki zasługuje.

Teraz pora, by oddać głos samemu Karolowi, aby opowiedział nam o tym, jak narodziło się jego zamiłowanie do fotografii i co przez nie pragnie przekazać światu.

Karol Karnowski.

Karolu, czemu fotografujesz? Skąd wzięła się ta pasja?

Trudne pytanie. Fotografuję, bo lubię, bo mnie to relaksuje i dlatego, że dzięki zdjęciom mogę sprawić radość innym. Wiele moich zdjęć wisi na ścianach u rodziny i znajomych. Ponadto zawsze czułem, że gdzieś tam wewnątrz tli się dusza artysty, a to zajęcie pozwala mi część tej duszy pokazać na zewnątrz.

Wiesz Aniu, dzięki fotografii można kreować swoje światy. Dziesięć osób może widzieć ten sam widok, a dziesięciu fotografów pokaże na zdjęciach dziesięć innych światów. W Toruniu, mieście, gdzie studiowałem, brałem udział w tzw. Spacerach Fotograficznych. Ideą spacerów są cykliczne spotkania pasjonatów fotografii (od kompletnych amatorów po doświadczonych zawodowców). W takich grupach odwiedzaliśmy wybrane dzielnice Torunia, aby uwiecznić je na wiele indywidualnych sposobów na fotografiach. Torunianie odwiedzający wystawy naszych zdjęć byli zachwyceni i często wzruszeni jak fajnie, nieszablonowo można pokazać, często nieatrakcyjne na pierwszy rzut oka zakamarki Miasta Aniołów.

Ponieważ od dziecka czułem w sobie cząstkę artysty, próbowałem różnych rzeczy, aż znalazłem swą wewnętrzną przystań: fotografię. W 2007 roku kupiłem pierwszy porządny aparat i zacząłem robić zdjęcia, głównie rodzinie. Kiedy złapałem bakcyla, zacząłem inwestować w obiektywy, dużo czytać i eksperymentować. Dobrze znać teorię, ale najlepsza jest praktyka. Robiłem niezliczone błędy, odkrywam co działa i gdzie mogę popłynąć z fantazją. Dzięki metodzie prób i błędów mam wydaje się większe wyczucie jak podejść warsztatowo do efektów na zdjęciu, które chcę uzyskać.

Karol Karnowski.

Jak bycie naukowcem wpływa na Twoją wrażliwość i warsztat fotograficzny?

To, co robię w codziennej pracy pozwala mi lepiej zrozumieć technikę, bo zajmowanie się optyką wpływa na techniczne aspekty fotografii. Przy konstrukcji różnych układów optycznych zawsze jest trochę kombinowania, poszukiwania nowych rzeczy. Na przykład mój aktualny projekt fotograficzny skupia się na symetrii uzyskanej przez proste manipulacje obrazem. Dzięki wyćwiczonej metodzie tworzę nowe światy. Myślę, że wyrobiłem sobie pewien zmysł i czasem patrzę na kadr, który chcę uwiecznić właśnie pod kątem wykorzystania w moim symetrycznym projekcie.

Poza tym dzięki pracy naukowej mam szczęście podróżować, poznawać różne światy, ludzi, przyzwyczajenia inne niż u nas w kraju i to wpływa na to, jak patrzę na świat i pozwala mi robić zdjęcia, jakich nie zrobiłbym zostając w kraju.

Piotr Węgrzyn w obiektywie Karola Karnowskiego.

Stoisko ICTER na Fotonicznych Targach Pracy, Politechnika Warszawska. Zdjęcie: Karol Karnowski.

Co chcesz przekazać, kiedy fotografujesz wydarzenia i pracę naukowców z ICTER?

Od początku studiów doktoranckich robiłem dużo zdjęć w celach dokumentacyjnych lub promocyjnych, np. do plakatów na konferencje. Fotografując pracę badaczy i naukowców w ICTER chciałbym pokazać, że jesteśmy normalnymi i fajnymi ludźmi – co jest zgodne z prawdą. Chcę odzwierciedlić na obrazie to, że potrafimy się dobrze bawić wykonując skomplikowane eksperymenty również robiąc zdjęcia oraz to, że realizujemy ekstra rzeczy i mamy super sprzęt, dzięki któremu kreujemy magiczny świat.

Podczas ostatniej sesji z Piotrem Węgrzynem mieliśmy obawy czy uzyskamy pożądany efekt na zdjęciach. Bawiliśmy się wybornie malując światłem i mieliśmy wielką frajdę, że Photoshopowe efekty uzyskujemy bezpośrednio na zdjęciu.

Piotr Węgrzyn w laboratorium optycznym centrum, zdjęcie: Karol Karnowski.

Rok temu zaczynałeś robić zdjęcia dla ICTER. Twoja pierwsza sesja została opublikowana w MIT Sloan Management Review Polska. Pamiętam te zdjęcia z labów, były spokojniejsze, bardziej nastawione na pokazanie całości grupy, jak największej ilości sprzętu, ustawione. Były ładne, ale zachowawcze. Z czasem coraz bardziej udoskonalałeś się technicznie i artystycznie. Twoja ostatnia sesja zdjęciowa obrazująca notkę prasową do naszej publikacji w Optics Letters trafiła na łamy Phot.org i EurekAlert docierając do 4.8 mln odbiorców. Te zdjęcia są zupełnie inne: ryzykanckie, z pazurem, pierwiastkiem szaleństwa, zaskakujące, olśniewające grą świateł i ruchu. Co stoi za tą metamorfozą Twojego oblicza jako fotografa?

Trudno tutaj dać szybką i prostą odpowiedź. Sesja do MIT była realizowana trochę na szybko i bez większego przygotowania. Jak zauważyłaś ujęcia były bardziej wypełnione ludźmi. W dość ciasnych przestrzeniach laboratoryjnych nie ma zbyt dużego pola do popisu przy większej liczbie ludzi. Ponadto, była to moja pierwsza sesja tego typu z zamysłem użycia zdjęć do jakiegoś popularnego artykułu. Robiłem wcześniej jakieś zdjęcia w laboratoriach, ale to raczej tak przy okazji.

Ostatnia sesja, gdy fotografowałem Piotra – szczególne podziękowania dla Bartka Bałamuta za pomoc przy tej sesji – była inna. Przede wszystkim fotografowałem jedną osobę. Mieliśmy więcej czasu na próby, ustawienia, więcej czasu na szalone pomysły. Sesja miała też bardziej sprecyzowaną tematykę – miała dotyczyć konkretnej publikacji. Myślę, że dlatego bardziej się do niej przygotowywałem niż do wcześniejszej sesji typu „zróbmy jakieś zdjęcia w labie”. Niewątpliwie pomógł fakt, że dobrze rozumiem eksperymenty opisane we wspomnianej publikacji.

Piotr Węgrzyn w obiektywie Karola Karnowskiego.

Czy można powiedzieć, że specjalizujesz się w fotografii nauki?

Po pierwszych zdjęciach (tych przeznaczonych do publikacji w MIT) pojawiły się hasła, że może więcej podziałamy w tym kierunku, żeby promować i rozpowszechniać działania centrum ICTER. Wydaje mi się, że to spowodowało, że w mojej głowie zaczęły się pojawiać koncepcje na to jakie zdjęcia można by zrobić poszczególnym osobom z centrum. W tym duchu robiłem ostatnią sesję, ale mam jeszcze wiele nowych pomysłów. Kto wie, może niektóre z nich uda się zrealizować. Fotografowanie nauki jest ciekawą niszą na rynku. Zazwyczaj zdjęcia naukowców to statyczne, typowo klasyczne portrety. Nie wszyscy przykładają wagę do mocy promocji, a moim zdaniem powinniśmy wykorzystywać ten potencjał, tym bardziej że uczciwie mamy się czym pochwalić.

Sesja w laboratoriach dla magazynu MIT Sloan Management Review Poland. Zdjęcie: Karol Karnowski.

Czego życzysz sobie jako fotograf na przyszłość?

Marzy mi się studio fotograficzne z dużą przestrzenią do realizowania najdziwniejszych pomysłów. Chciałbym się rozwijać jako fotograf. Podoba mi się między innymi gra ze skojarzeniami, szukanie symetrii, form, kolorów, odcieni, kontrastów oraz abstrakcyjne klimaty. Póki co to hobby, mam mało czasu, ale pomysły są liczne. Na emeryturze marzy mi się fotografowanie krajobrazów, np. polskich gór, szkockich pejzaży, czy egzotycznych klimatów. Do takich zdjęć kluczem do sukcesu jest być w odpowiednim miejscu o odpowiedniej porze. Pamiętam, jak kilka lat temu wraz z przyjaciółmi jechaliśmy całą noc, by zdążyć przed świtem i sfotografować Wielki Kanion skąpany w pierwszych promieniach wschodzącego słońca.

Dziękuję Ci za wywiad Karolu i życzę, abyś z roku na rok podnosił swoją fotograficzną poprzeczkę coraz wyżej aż zrobisz to unikalne, idealne, jedno na sto tysięcy, godne International Photography Awards najpiękniejsze zdjęcie.

Karol Karnowski.

Wywiad z Karolem Karnowskim przeprowadziła Anna Przybyło-Józefowicz.

Profil na Instagramie: Karo Karnow (@karo_karnow) • Zdjęcia i filmy na Instagramie.

20.05.2022

Jak sprawdzić, czy fotoreceptory działają? Przełomowa technika do diagnostyki chorób oczu

Czy można wykrywać niedziałające fotoreceptory jak martwe piksele na matrycy? Do tej pory nie było to możliwe, ale nowa technika pozwoli na błyskawiczną i nieinwazyjną metodę oceny stanu fizjologicznego siatkówki. To może być prawdziwy przełom w leczeniu chorób oka.

Przez długi czas to elektroretinografia (ERG) była jedyną zaawansowaną metodą oceny stanu fizjologicznego funkcji siatkówki. W ostatnich latach opracowano nową technikę zwaną optoretinografią (ORG). W jednej z wariantów tej techniki, fizjologiczna odpowiedź fotoreceptorów siatkówki na światło widzialne, powodująca nanometryczną zmianę długości drogi optycznej, jest mierzona za pomocą tomografii optycznej OCT.

Do tej pory możliwości badania odpowiedzi siatkówki na stymulację światłem migoczącym były ograniczone. Naukowcy z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER) wykorzystali wynalezioną przez nich czasowo-częstotliwościową tomografię optyczną OCT (Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography STOC-T) do rejestrowania optoretinogramów siatkówki.

Badania zostały przeprowadzone przez dr Sławomira Tomczewskiego, Piotra Węgrzyna, dr Dawida Boryckiego, dr Egidijusa Auksoriusa, prof. Macieja Wojtkowskiego i dr Andreę Curatolo z ICTER, a wyniki opublikowano w czasopiśmie „Biomedical Optics Express” w pracy zatytułowanej „Light-adapted flicker optoretinograms captured with a spatio-temporal optical coherence-tomography (STOC-T) system” (https://doi.org/10.1364/BOE.444567).

Jak badać sygnały elektryczne fotoreceptorów?

Mianem badań elektrofizjologicznych (ERG) określamy grupę obserwacji i rejestracji zmian prądów czynnościowych powstających w gałce ocznej, w okolicy wzrokowej kory mózgowej i mięśniach gałkoruchowych. Szczególnie interesujące pod kątem diagnostycznym jest badanie prądów czynnościowych generowanych przez siatkówkę, czyli część oka, która odpowiada za odbiór bodźców wzrokowych. Najważniejszym elementem są światłoczułe receptory, zmodyfikowane neurony: czopki i pręciki. Ludzka siatkówka zawiera ok. 6 mln czopków i 100 mln pręcików.

Pręciki to receptory wrażliwe na natężenie światła, które odpowiadają za widzenie czarno-białe. Najwięcej jest ich w częściach peryferyjnych siatkówki, a są nieobecne w dołku środkowym. Zawierają rodopsynę – światłowrażliwy barwnik, którego przemiany biochemiczne odpowiadają za widzenie. Z kolei czopków jest najwięcej w centralnej części siatkówki i odpowiadają za widzenie barwne. Dysponują barwnikami, które są wrażliwe na kolory podstawowe: niebieski, zielony i czerwony. Czopki odpowiadają także za ostrość widzenia – najwięcej z nich jest w plamce żółtej.

Ocena jakości fotoreceptorów jest kluczowa, bo ich dysfunkcje mogą pomóc w rozpoznaniu różnych chorób oka, niektórych prowadzących do ślepoty. Najczęstszym rodzajem badania elektrofizjologicznego jest elektroretinografia (ERG). Technika ta bada czynnościowy potencjał elektryczny powstający w gałce ocznej pod wpływem bodźca świetlnego. Samo badanie polega na założeniu na oko elektrody pod postacią soczewki kontaktowej lub nylonowej nitki nasyconej środkiem przewodzącym (elektroda DTL). Bodziec świetlny jest rejestrowany jako krótki błysk (1-3 ms), błysk podwójny lub migocący (flesz ERG), a także szachownicę rozjaśniających i zaciemniających kwadratów. Badanie polega na wysyłaniu impulsów świetlnych z lampy emitującej czerwone światło. Specjalne urządzenie odczytuje wartości napięcia, które powstają pod wpływem tych bodźców.

Badanie ERG wykonuje się w warunkach adaptacji do ciemności (skotopowe ERG) i w warunkach adaptacji do światła (fotopowe ERG). Każda odpowiedź ERG składa się z dwóch składowych: fali a i b. Fala a jest początkowym wychyleniem ujemnym w stosunku do linii izoelektrycznej – pojawia się około 35 ms po zadziałaniu bodźca. Powstaje ona w wyniku pobudzania zewnętrznych części fotoreceptorów (czopków i pręcików). Fala b, czyli wychylenie dodatnie w stosunku do linii izoelektrycznej, pojawia się około 50 m po zadziałaniu bodźca i pochodzi z komórek Müllera. Jest zatem odzwierciedleniem procesów zachodzących w warstwie komórek dwubiegunowych siatkówki.

Fotoreceptory jak martwe piksele

Niestety, badanie ERG nie jest idealne, bo nie można za jego pomocą wykryć kurczenia się fotoreceptorów, a co za tym idzie, określić ich roli w procesie widzenia. Dlatego za znacznie bardziej użyteczną technikę uznaje się optoretinografię (ORG), która koncentruje się na pomiarze sygnałów optycznych wywołanych światłem z fotoreceptorów za pomocą ultraczułej wersji OCT.

Pomiary odpowiedzi siatkówki na migoczący bodziec okazały się pomocne w analizie adaptacji siatkówki do światła i różnic krytycznej częstotliwości migotania (CFF) między plamką a peryferiami. Do tej pory, w literaturze przedstawiono ograniczoną liczbę badań ORG z wykorzystaniem migotania. Spośród nich, w badaniu iORG zmierzono odpowiedź fotoreceptorów na bodziec okresowy ograniczony do pojedynczej niskiej częstotliwości (5 Hz), natomiast w dwóch nowszych badaniach pORG zmierzono odpowiedź fotoreceptorów przystosowanych do ciemności w zakresie od 1-6,6 Hz oraz wolną odpowiedź wewnętrznej warstwy splotowej odpowiednio w zakresie od 1-50 Hz. Do tej pory nie udawało się zmierzyć szybkiej odpowiedzi siatkówki przy częstotliwościach powyżej 10 Hz. Aż do teraz.

Naukowcy z ICTER pobudzali siatkówkę tzw. flickerem, czyli emiterem światła migoczącego ze stałą częstotliwością, dzięki czemu byli w stanie rejestrować odpowiedzi siatkówki przy częstotliwościach 15-20 Hz. To z kolei pozwala określić zmiany w grubości fotoreceptorów rzędu kilku nanometrów w czasie rzeczywistym w odpowiedzi na sygnał świetlny – a tym samym stwierdzić, które elementy biorą udział w procesie widzenia.

– Po raz pierwszy możemy zaobserwować malutkie sygnały z dna oka, które są generowane przez poszczególne fotoreceptory. Nie udało się to osiągnąć nikomu wcześniej. Nie byłoby to też możliwe, gdyby nie poprzednie badania naszych naukowców i opracowanie techniki STOC-T – mówi prof. Maciej Wojtkowski, kierownik ICTER.

Naukowcy z ICTER wykazali, że można wykryć statystycznie istotne różnice w amplitudach modulacji długości drogi optycznej fotoreceptorów (OPL) w odpowiedzi na różne częstotliwości migotania i przy lepszym stosunku sygnału do szumu (SNR) niż w przypadku oka zaadaptowanego do ciemności.

Eksperymenty wykazały, że można wykrywać odpowiedź fotoreceptorów na różne częstotliwości migotania w sposób powtarzalny za pomocą systemu STOC-T i z poprawionym SNR. Potwierdzono także zdolność do przestrzennego wykrywania odpowiedzi na wzorzysty bodziec z paskami światła migoczącymi z różnymi częstotliwościami. Wyniki te podkreślają perspektywę bardziej obiektywnego badania zmian CFF w całej siatkówce. To może pozwolić na wczesne wykrywanie zwyrodnienia siatkówki i innych nieprawidłowości działania fotoreceptorów. Zespół uczonych z ICTER już planuje kolejne prace badawcze, których celem będzie poznanie skutków biologicznych i medycznych zaobserwowanego zachowania fotoreceptorów.

Autor: Marcin Powęska

Zdjęcie: Karol Karnowski

Publikacja:

Tytuł „Light-adapted flicker optoretinograms captured with a spatio-temporal optical coherence-tomography (STOC-T) system”.

Magazyn: Biomedical Optics Express Vol. 13,Issue 4,pp. 2186-2201(2022)

Autorzy: Sławomir Tomczewski, Piotr Węgrzyn, Dawid Borycki, Egidijus Auksorius, Maciej Wojtkowski, and Andrea Curatolo.

Numer DOI: https://doi.org/10.1364/BOE.444567

30.03.2022

Prof. Krzysztof Palczewski został tegorocznym laureatem Nagrody Goodman and Gilman Award in Receptor Pharmacology

American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics (ASPET) przyznało dr Krzysztofowi Palczewskiemu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine nagrodę Goodman and Gilman Award in Receptor Pharmacology w 2022 roku. Nagroda im. Louisa S. Goodmana i Alfreda Gilmana w dziedzinie farmakologii receptorów została ustanowiona w 1980 roku w celu wyróżnienia i stymulowania wybitnych badań w dziedzinie farmakologii receptorów biologicznych. Badania takie mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów procesów biologicznych i potencjalnie stanowić podstawę do odkrycia leków przydatnych w leczeniu chorób.

Dr Palczewski otrzymuje tę nagrodę w uznaniu jego nowatorskich i odkrywczych badań nad mechanizmami aktywacji receptorów sprzężonych z białkami G, które przyczyniły się do lepszego zrozumienia struktury receptorów, mechanizmów sygnalizacji, defektów prowadzących do chorób oraz metod leczenia umożliwiających zachowanie wzroku.

Dr Palczewski jest Donal Bren Professor i Distinguished Professor na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, posiada Irving H. Leopold Chair of Ophthalmology i jest dyrektorem Center for Translational Vision Research w Gavin Herbert Eye Institute. Doktorat z biochemii uzyskał na Politechnice Wrocławskiej, a staż podoktorski odbył na Uniwersytecie Florydy.

W swoich badaniach dr Palczewski wykorzystuje różne multidyscyplinarne podejścia do badania fototransdukcji i cyklu widzenia, aby scharakteryzować układ wzrokowy w zdrowiu i chorobie. Dążenie do kompleksowego zrozumienia procesów widzenia, w tym ekspresji genów i regulacji transkrypcji, jest niezbędne w walce z defektami genetycznymi, zaburzeniami metabolicznymi i czynnikami środowiskowymi prowadzącymi do ślepoty. Zidentyfikował elementy szlaków sygnałowych układu wzrokowego dzięki ukierunkowanej biologii strukturalnej na różnych poziomach rozdzielczości, uzyskanych za pomocą klasycznej i czasowo rozdzielczej krystalografii, mikroskopii krioelektronowej i komórkowej tomografii krioelektronowej. Dzięki precyzyjnym badaniom strukturalnym i funkcjonalnym uczestniczących komórek siatkówki oraz ich organizacji wewnątrzkomórkowej za pomocą dwufotonowej mikroskopii in vivo i ex vivo, jego praca przyczyniła się do przełomowych osiągnięć w zakresie rozpoznawania zaburzeń biochemicznych w celu wczesnego diagnozowania chorób oczu i stratyfikacji pacjentów w celu odkrycia i zatwierdzenia terapii farmakologicznych oraz zapobiegania chorobom degeneracyjnym siatkówki.

Dr Palczewski jest członkiem ASPET od 2015 roku.

Nagroda zostanie wręczona podczas ASPET Business Meeting and Awards Presentation w trakcie ASPET Annual Meeting at Experimental Biology 2022 w sobotę, 2 kwietnia o godz. 16:30 w Filadelfii. Ponadto, dr Palczewski wygłosi nagrodzony wykład zatytułowany G Protein-coupled Receptor Signaling in Phototransduction na dorocznym spotkaniu w 2022 r. w niedzielę, 3 kwietnia o godz. 13:00 w Filadelfii.

Profesor K. Palczewski jest współzałożycielem ICTER. Serdecznie gratulujemy mu otrzymania tej prestiżowej nagrody.

Źródło: ASPET | The Goodman and Gilman Award in Receptor Pharmacology

10.03.2022

Doroczne Spotkanie i Przegląd ICTER ISC 2022

W dniu 9 marca 2022 r. odbyło się Doroczne Spotkanie i Przegląd ICTER ISC 2022. Spotkaliśmy się w trybie hybrydowym, fizycznie w Varso Place, w centrum Warszawy, oraz online za pośrednictwem Zoom. Podsumowaliśmy naszą działalność naukową i badawczą w 2021 roku dla ekspertów Międzynarodowego Komitetu Naukowego i przedstawiliśmy strategiczne cele dla naszego przyszłego programu badawczego. Zaproszeni goście z Polski i zagranicy wygłosili wykłady.

Dr Colin Chu z Instytutu Okulistyki University College London wygłosił wykład pt.: „Imaging Immune Responses in the Retina”. Dr Colin Chu jest starszym pracownikiem naukowym na Uniwersytecie w Bristolu i w Moorfields Eye Hospital w Londynie. Niedawno otrzymał stypendium Wellcome Trust Fellowship, aby rozpocząć pracę w Instytucie Okulistyki UCL. Jako klinicysta-naukowiec i okulista skupia się na poprawie opieki nad pacjentami z chorobami siatkówki oraz na badaniu podstawowych zagadnień immunologii poprzez stosowanie technik obrazowania in vivo i ex vivo w oku.

Dr Alice Davidson z Instytutu Okulistyki University College London wygłosiła wykład pt. „Corneal Endothelial Dystrophies: A Paradigm for Non-Coding and Repeat Expansion-Mediated Disease Mechanisms”. Dr Alice Davidson jest profesorem UKRI Future Leader Fellow w University College London Institute of Ophthalmology (UCL IoO), w Londynie, Wielkiej Brytanii. Dr Davidson rozpoczęła swoją karierę naukową na Uniwersytecie w Manchesterze, gdzie uzyskała tytuł doktora genetyki molekularnej i biologii komórki (2006-2010), badając rolę bestrofiny-1 w chorobach oczu. Następnie pracowała jako naukowiec podoktorski w UCL IoO (2010-2015). W 2015 r. otrzymała nagrodę Fight for Sight Early Career Investigator Award, aby zainicjować swój własny, niezależny program badawczy w UCL IoO, a następnie prestiżowe stypendium UKRI Future Leader Fellowship (2019), aby dalej rozwijać swój program badań nad dziedzicznymi chorobami rogówki.

Prof. Pearse Keane ze szpitala okulistycznego Moorfields Eye Hospital w Londynie wygłosił wykłąd pt.: “Artificial intelligence in ophthalmology – going from code to clinic”. Pearse Keane jest profesorem sztucznej inteligencji medycznej w Instytucie Okulistyki UCL i konsultantem okulistą w Moorfields Eye Hospital w Londynie. Pochodzi z Irlandii, a dyplom lekarza uzyskał w 2002 r. na University College Dublin (UCD). W 2016 r. zainicjował formalną współpracę między Moorfields Eye Hospital a Google DeepMind w celu opracowania algorytmów sztucznej inteligencji (AI) do wcześniejszego wykrywania i leczenia chorób siatkówki. W sierpniu 2018 r. pierwsze wyniki tej współpracy zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Medicine. W maju 2020 r. wspólnie kierował pracami, które również zostały opublikowane w Nature Medicine, mającymi na celu opracowanie systemu wczesnego ostrzegania przed zwyrodnieniem plamki żółtej związanym z wiekiem (AMD), które jest zdecydowanie najczęstszą przyczyną ślepoty w wielu krajach.

Prof. Krzysztof Palczewski z Uniwersytetu Kalifornijskiego, Irvine wygłosił prelekcję wizjonerską pt.: “Precise genome editing in the eye”. Prof. Palczewski jest współzałożycielem ICTER. Biochemik i światowej sławy ekspert w dziedzinie biochemii widzenia – zatrudniony w Szkole Medycznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, USA – autor ponad 500 prac naukowych opublikowanych w wiodących czasopismach, w tym w „Science”, „Nature” i „Molecular Cell” – posiadacz ponad 10 patentów i zgłoszeń patentowych – do jego znaczących osiągnięć należy krystalizacja i opisanie struktury i funkcji rodopsyny, a także odkrycie mechanizmów prowadzących do degeneracji siatkówki, a w konsekwencji do utraty wzroku.

W spotkaniu wzięli również udział i wygłosili prezentacje przedstawiciele następujących władz:

Polskiej Akademii Nauk: Wiceprezes prof. Paweł Rowiński,

Instytutu Chemii Fizycznej PAN: Zastępca Dyrektora ds. naukowych dr hab. Adam Kubas, prof. instytutu,

Fundacji na rzecz Nauki Polskiej: Prezes Zarządu FNP prof. Maciej Żylicz.

Wszystkie zdjęcia wykonał senior researcher w ICTER i fotograf: dr Karol Karnowski.

Konferansjerem prowadzącym wydarzenie w języku angielskim był Marek Ziemba.

26.01.2022

Co dzieje się w oku? Audycja w Radiu TOK FM o wzroku, chorobach i zdrowiu oczu, oraz tomografii optycznej OCT

W programie Radia TOK FM „Homo Science” wziął udział Prof. Maciej Wojtkowski, kierownik ICTER. Z prowadzącymi Piotrem i Aleksandrą Stanisławską, twórcami popularno-naukowego bloga Crazy Nauka, rozmawiał o wyjątkowej (bezbolesnej, bezdotykowej, bezproblemowej) metodzie diagnostyki siatkówki oka i świeżych wynikach badania pokazującego, dlaczego właściwie cokolwiek widzimy.

Gość programu jest fizykiem specjalizującym się w optyce stosowanej oraz fizyce medycznej i doświadczalnej. Prowadzi grupę badawczą Zespół Obrazowania Optycznego w ICTER.

Słuchaj audycji online

10.01.2022

Urazy pierwotnej kory wzrokowej powodują długotrwałą dysfunkcję obwodów nerwowych – o publikacji w Communications Biology

Nawet łagodne urazy głowy mogą oznaczać poważne konsekwencje w działaniu mózgu na najbardziej pierwotnej płaszczyźnie. Badania opublikowane w Communications Biology pokazują, jak głęboko sięgają negatywne zmiany spowodowane mechanicznymi urazami mózgu.

Urazy tylnej części kory potylicznej są powszechne u ludzi. Mechaniczne uszkodzenie mózgu (ang. Traumatic brain injury; TBI) może prowadzić do długotrwałych zaburzeń widzenia (jak utrata ostrości wzroku) – szacunki wskazują, że aż 75% obecnych lub byłych żołnierzy żyje z trwałą dysfunkcją wzroku lub ślepotą korową. TBI wiąże się z mechanicznym uszkodzeniem mózgu i szerokim zakresem nieprawidłowości w funkcjonowaniu neuronów.

Ludzki mózg cechuje się zaskakującą plastycznością. Nawet w przypadku urazu jednej części, funkcje uszkodzonych neuronów przejmują inne komórki. Dzieje się tak, gdyż tkanka nerwowa ma niezwykłą zdolność do tworzenia nowych połączeń, mających na celu reorganizację, adaptację, zmienność i autonaprawę całego organu.

Taka neuroplastyczność charakteryzuje również obszary czuciowe kory wzrokowej. Jest to region mózgu odpowiedzialny za przetwarzanie wrażeń wzrokowych tj. orientację bodźca lub jego położenie i kierunek ruchu. Do pierwszorzędowej kory wzrokowej (V1) dochodzą włókna nerwowe promienistości wzrokowej, które przenoszą impulsy nerwowe z siatkówek obojga oczu.

Do tej pory naukowcy niewiele wiedzieli na temat wpływu TBI na długotrwałe funkcjonowanie obwodów wzrokowych. Jan C. Frankowski i Andrzej T. Foik wraz ze współpracownikami zbadali in vivo u dorosłych myszy, jak wygląda odpowiedź neuronów na bodźce wzrokowe dwa tygodnie i trzy miesiące po łagodnym urazie pierwotnej kory wzrokowej (V1). Neurony V1 normalnie wykazują wrażliwość na różne cechy bodźca, takie jak kolor czy kierunek ruchu. Stamtąd przetworzone dane przekazywane są do kolejnych obszarów kory wzrokowej.

Badania wykazały, że chociaż pierwotna kora wzrokowa pozostała w dużej mierze nienaruszona po urazie mózgu, nastąpiła redukcja liczby neuronów o 35%. Dotyczyło to w znacznym zakresie neuronów hamujących niż neuronów pobudzających, które – jak wskazują nazwy – hamują lub pobudzają działanie w komórce docelowej.

Po TBI mniej niż połowa wyizolowanych neuronów była wrażliwa na bodźce wzrokowe (32% po 2 tygodniach od urazu; 49% po 3 miesiącach od zdarzenia), w porównaniu z 90% komórek V1 w grupie kontrolnej. Nawet trzykrotnie spadła aktywność neuronów po urazie mózgu, a same komórki gorzej reagowały na bodźce przestrzenne. To oznacza, że nawet niewielkie urazy mózgu powodują długotrwałe upośledzenie sposobu odbioru bodźców wzrokowych – utrzymujące się kilka miesięcy po zdarzeniu.

Głębsze zrozumienie zaburzeń funkcjonalnych w uszkodzonej korze wzrokowej jest ważne, ponieważ może zapewnić podstawy dla rozwoju terapii na poziomie obwodów neuronalnych w przypadku uszkodzenia kory wzrokowej.

Autor informacji prasowej: Marcin Powęska.

Zdjęcie dr Andrzeja Foika wykonał fotograf Grzegorz Krzyżewski.

Nawet urazy mózgu, które wydawały się już zagojone, mogą wpływać na nasze funkcjonowanie. Dr Andrzej Foik zbadał ich piętno na pierwotnej korze wzrokowej mózgu, a więc i naszemu wzrokowi. Zdjęcie zrealizowane dzięki uprzejmości Warszawskiego Stowarzyszenia Bokserskiego „Stara Syrenka”.

Publikacja

Tytuł:

Traumatic brain injury to primary visual cortex produces long-lasting circuit dysfunction

Autorzy:

Jan C. FrankowskiAndrzej T. FoikAlexa TiernoJiana R. MachhorDavid C. Lyon & Robert F. Hunt 

Magazyn naukowy:

Communications Biology volume 4, Article number: 1297 (2021) Cite this article

10.01.2022

Zobaczyć chemię widzenia – o publikacji w Journal of Clinical Investigation

Biochemia widzenia to skomplikowany proces. Molekuły pozwalające oglądać otaczającą rzeczywistość przez długi czas pozostawały nieuchwytne dla naukowców. Zespół prowadzony przez prof. Macieja Wojtkowskiego z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER) proces ten umożliwia dzięki innowacyjnemu dwufotonowemu skaningowemu oftalmoskopowi fluorescencyjnemu.

Zwykło się mawiać, że oczy są zwierciadłem duszy – bez wątpienia są jednak naszym oknem na świat. Mechanizmy zachodzące w siatkówce są kluczowe dla odbioru bodźców wzrokowych ze środowiska. To pierwszy i bardzo ważny etap drogi, jaką musi przejść impuls światła, by zostać przetworzony na obraz.

Przez wiele lat naukowcy i lekarze nie byli w stanie obserwować procesów zachodzących w fotoczułych komórkach siatkówki u ludzi. Zespół naukowców prowadzony przez prof. Macieja Wojtkowskiego z ICTER w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) stworzył dwufotonowy skaningowy oftalmoskop fluorescencyjny (TPEF-SLO). Jest to instrument pozwalający na podglądanie biochemii widzenia w żywym oku. Prof. Wojtkowski zwraca uwagę, że „dzięki ścisłej współpracy z biochemikiem prof. Krzysztofem Palczewskim z University of California Irvine oraz laserową grupą prof. Grzegorza Sobonia z Politechniki Wrocławskiej jesteśmy w stanie szybko i skutecznie walidować nową metodę obrazową i wykorzystać ją w praktyce”.

Jak to się dzieje, że widzimy?

Ludzkie oko jest jednym z najbardziej precyzyjnych narządów naszego ciała, umożliwiającym rozróżnienie ok. 200 barw czystych. Mieszając te barwy można uzyskać ok. 17 000 rozróżnialnych odcieni, a uwzględniając nasze możliwości odróżnienia ok. 300 stopni nasilenia barw związanych z natężeniem światła, uzyskamy oszałamiającą liczbę 5 milionów odbieranych kolorów.

W siatkówce, czyli części oka, która odbiera bodźce wzrokowe, występują czopki i pręciki. Czopki umożliwiają widzenie i rozróżnianie barw w silnym oświetleniu, a pręciki cechuje wrażliwość na pojedyncze impulsy światła widzialnego o zmroku lub w nocy. Wrażenia wzrokowe są przekazywane nerwem wzrokowym do mózgu (pierwotnej kory wzrokowej), ale impuls, który je przenosi powstaje w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w komórkach siatkówki. „Upraszczając możemy powiedzieć, że ludzkie oko jest fabryką biochemiczną, której aktywność jest uzależniona od reakcji chemicznych jednej molekuły – retinalu. Ta cząsteczka jest niezbędna dla funkcji receptorów białek G, np. rodopsyny w pręcikach, i przetwarzania światła na impulsy elektryczne – mówi prof. Maciej Wojtkowski.

Rodopsyna jest światłoczułym receptorem białka G. Zaabsorbowanie kwantu promieniowania powoduje izomeryzację 11-cis-retinalu związanego z rodopsyna, jego uwolnienie i inicjację impulsu wzrokowego przekazywanego do mózgu. W przypadku niedoboru witaminy A, która jest źródłem retinalu, dochodzi do tzw. kurzej ślepoty i ograniczenia zdolności do widzenia o zmroku lub w nocy.

Niestety, praktycznie przez cały cykl widzenia, molekuły niezbędne do prawidłowej funkcji siatkówki pozostają niewykrywalne dla instrumentów naukowych. To dlatego, że łatwo można je pomylić z lipofuscynami, czyli związkami odkładającymi się w siatkówce. „Jest jednak jeden proces fizyczny, dzięki któremu molekuły mogą być widoczne – nie możemy ich wykryć za pomocą promieniowania UV, ale możemy je dostrzec stosując fluorescencję ze wzbudzeniem dwufotonowym” – dodaje dr inż. Jakub Bogusławski – główny wykonawca projektu.

Proces dwufotonowy, paleta barw

Okulistyczne techniki obrazowania to podstawa w diagnozowaniu patologii siatkówki. Dzięki optycznej tomografii OCT, skaningowej oftalmoskopii laserowej (SLO) i autofluorescencji dna oka, dokonaliśmy postępów w mechanizmach ich zrozumienia. To jednak niewystarczający arsenał do pełnego wglądu w chemię widzenia. Nieinwazyjna ocena procesów metabolicznych zachodzących w komórkach siatkówki (regeneracja pigmentu wzrokowego) jest niezbędna dla rozwoju przyszłych terapii. W przypadku zwyrodnienia plamki żółtej związanego z wiekiem (AMD), które jest jedną z najczęstszych chorób powodujących ślepotę, na wczesnym etapie nie można odróżnić komórek zmienionej i prawidłowej siatkówki. Można jednak je wychwycić dzięki biochemicznym markerom – o ile udałoby się je wzbudzić fluorescencyjnie.

Właśnie taka jest idea obrazowania fluorescencyjnego ze wzbudzeniem dwufotonowym (TPE). Jest to zaawansowana technika pomiaru czynnościowego barwników siatkówki, która może ujawnić różne cechy tej części oka, niewidoczne w innych badaniach. W porównaniu do tradycyjnych metod obrazowania opartych na jednofotonowej fluorescencji, TPE pozwala oglądać metabolity witaminy A, które biorą udział w widzeniu. „Oko jest idealnym narządem do obrazowania metodą wielofotonową” – mówi prof. Wojtkowski, którego zespół odpowiada za odkrycie. Tkanki oka, takie jak twardówka, rogówka czy soczewka, są wysoce przezroczyste dla światła w bliskiej podczerwieni. To z kolei w sposób nieinwazyjny przenika do tkanek siatkówki.

Obrazy uzyskane dzięki TPEF-SLO potwierdziły, że jest to satysfakcjonujący sposób oglądania molekuł niezbędnych dla prawidłowej funkcji cyklu widzenia. Porównanie danych między ludźmi i mysimi modelami chorób siatkówki ujawniło podobieństwo do modeli mysich, w których szybko gromadzą się produkty kondensacji bisretinoidów, składników lipofuscyny. „Wierzymy, że molekuły kluczowe dla cyklu wzrokowego i toksyczne produkty uboczne tego szlaku metabolicznego będą mogły być mierzone i określane ilościowo za pomocą obrazowania TPE” – mówi dr Grażyna Palczewska, jeden z głównych wykonawców projektu.

Ten instrument pozwalający na nieinwazyjną ocenę stanu metabolicznego ludzkiej siatkówki otwiera liczne możliwości terapeutyczne dla wszystkich chorób degeneracyjnych siatkówki. Może być przydatny także do testowania nowych leków, bo dzięki zrozumieniu biochemii widzenia, lekarze będą w stanie trafiać dokładnie tam, gdzie potrzeba. Badania dotyczące TPEF-SLO zostały opublikowane w czasopiśmie: „The Journal of Clinical Investigation”.

Autor informacji prasowej: Marcin Powęska.

Zdjęcia prof. Macieja Wojtkowskiego wykonał fotograf Grzegorz Krzyżewski.

Chemia widzenia to złożony proces, trudny do diagnostyki. Zespół prof. Macieja Wojtkowskiego stworzył dwufotonowy oftalmoskop fluorescencyjny, który może zrewolucjonizować leczenie chorób oczu.

Publikacja

Tytuł:

In vivo imaging of the human eye using a two-photon excited fluorescence scanning laser ophthalmoscope

Magazyn naukowy:

The Journal of Clinical Investigation, Free access | 10.1172/JCI154218

Autorzy:

Jakub Boguslawski, Grazyna Palczewska, Slawomir Tomczewski, Jadwiga Milkiewicz, Piotr Kasprzycki, Dorota Stachowiak, Katarzyna Komar, Marcin J. Marzejon, Bartosz L. Sikorski, Arkadiusz Hudzikowski, Aleksander Głuszek, Zbigniew Łaszczych, Karol Karnowski, Grzegorz Soboń, Krzysztof Palczewski, and Maciej Wojtkowski.

18.11.2021

Nieinwazyjna optoretynografia (ORG)

Od wielu lat wizualna inspekcja fotografii dna oka oraz badanie obrazów uzyskanych za pomocą optycznej tomografii OCT są wykorzystywane przez okulistów do diagnostyki chorób oczu i monitorowania postępów terapii dzięki możliwości wykrywania morfologicznych biomarkerów patofizjologii. Jednakże, wczesne zwyrodnienie siatkówki może wpływać na fizjologię fotoreceptorów i ich funkcjonalną odpowiedź na bodźce świetlne na długo przed zaburzeniem morfologii siatkówki w skali widocznej przez instrumenty kliniczne. 

Anomalie w odpowiedzi fizjologicznej mogą być mierzone za pomocą elektroretinografii (ERG), poprzez rejestrację prądów elektrycznych generowanych bezpośrednio przez neurony siatkówki w połączeniu z wkładem pochodzącym z glii siatkówki. Wadą ERG jest to, że mierzy ona średnią odpowiedź z dużych obszarów siatkówki i może nie zauważyć zmian fizjologicznych występujących tylko w małych obszarach. Problem ten może być częściowo rozwiązany przez wieloogniskowe ERG, które mierzy odpowiedź z określonych regionów siatkówki. Problemem pozostaje jednak odróżnienie degeneracji fotoreceptorów od degeneracji neuronów siatkówki. 

Ostatnio opracowano nową technikę zwaną optoretynografią (ORG). W technice tej fizjologiczna odpowiedź na pojedynczy impuls świetlny jest mierzona za pomocą OCT. W naszej pracy skupiamy się na opracowaniu ORG, która może mierzyć odpowiedź na bodziec migotania. Podobne pomiary były już wielokrotnie wykonywane za pomocą ERG i okazały się kluczowe w analizie adaptacji świetlnej siatkówki oraz krytycznej częstotliwości migotania (CFF) pomiędzy plamką żółtą a peryferiami. 

Nasze wyniki pokazały, że jesteśmy w stanie wykryć odpowiedź fotoreceptorów na różne częstotliwości migotania w sposób powtarzalny. Wykazaliśmy również zdolność do przestrzennego wykrywania odpowiedzi na bodziec z paskami światła migoczącymi z różnymi częstotliwościami. Wyniki te podkreślają perspektywę bardziej obiektywnego badania zmian CFF w całej siatkówce lub pełnej charakterystyki przestrzennie rozdzielczej czasowej odpowiedzi częstotliwościowej siatkówki za pomocą perymetrii migotania ORG i innych nowych dokładnych badań funkcjonalnych siatkówki dla wczesnego wykrywania zwyrodnienia siatkówki i monitorowania terapii.

Tekst: dr Sławomir Tomczewski, e-mail: stomczewski@ichf.edu.pl