30.08.2022 Dr inż. Jakub Bogusławski to naukowiec pracujący nad nową generacją kompaktowych, femtosekundowych laserów światłowodowych do zastosowań biomedycznych. Obecnie jest adiunktem w grupie Obrazowania Optycznego w Międzynarodowym Centrum Badań Oka (ICTER) oraz adiunktem na Wydziale Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów Politechniki Wrocławskiej. W ostatnim wywiadzie dla Poland Weekly kierownik ICTER prof. Maciej Wojtkowski określił Jakuba jako jednego z pionierów „nieosiągalnych dotąd rozwiązań”, którzy codziennie tworzą „małe cuda”, a gdy skończą jedno, zaczynają nowe wyzwanie, co „świadczy o ich wyjątkowości”. Jakub zajmuje się dziedziną nauki, która wzbudza wiele emocji zarówno pozytywnych jak i negatywnych, jest to sfera jak do tej pory mało rozumiana przez ogólnego odbiorcę, ale niezmiennie kojarzy się z rozwiązaniami przyszłości i nowoczesną technologią. Mamy świadomość, że lasery mogą być śmiercionośną bronią, ale mamy również wyobrażenie, że mogą być one wykorzystywane do innych celów. O jednym z tych pożytecznych zastosowań laserów rozmawiamy z dr inż. Jakubem Bogusławskim. W tym wywiadzie opowiada nam on o tajnikach swojej pracy oraz przybliża wizerunek człowieka, który buduje lasery wykorzystywane dla dobra społeczeństwa.
Jakubie, pracujesz w Międzynarodowym Centrum Badań Oka (ICTER) projektując lasery. Jest to dość nieoczywiste połączenie, gdyż trudno jest na pierwszy rzut oka znaleźć wspólną płaszczyznę między tymi dwoma światami. Powiedz zatem, co łączy lasery i oczy oraz czy to połączenie nie jest destrukcyjne?
Wręcz przeciwnie. Z jednej strony jeśli przypomnimy sobie lasery prezentowane w filmach i wyobrazimy sobie, że wiązka laserowa trafia do ludzkiego oka, to nabierzemy obaw, że organ ten uległby nieodwracalnemu zniszczeniu. Nie ulegajmy jednak złudzeniu hollywoodzkiej fikcji. Oczywiście, przy odpowiedniej wielkości i dawce energii lasery mogą być szkodliwe dla ludzkiego organizmu. Jednak rozwój nauki i lepsze rozumienie funkcjonowania żywych organizmów pozwolił nam na stworzenie takich warunków, w których ten rodzaj energii jest nieszkodliwy, a nawet okazuje się pożyteczny. Przykładem może być wczesna diagnostyka chorób oczu, czy opracowanie nowych terapii okulistycznych.
Zatem na pytanie co łączy lasery i oczy odpowiedź brzmi: zetknięcie wiązki światła laserowego z ludzkim okiem może nam dostarczyć wiele użytecznych informacji. Jak to się odbywa? Wprowadzenie światła laserowego do oka, a konkretnie do siatkówki i warstwy nabłonka barwnikowego, skutkuje wzbudzeniem fluorescencji. Fluorescencja emitowana jest przez naturalnie występujące fluorofory, które tam się znajdują. Wyemitowane w ten sposób światło w drodze wyjściowej z oka jest rejestrowane użyciem bardzo czułego fotodetektora, czyli fotopowielacza. Układ elementów optycznych służący do tego rodzaju pomiarów nazywamy skaningowym oftalmoskopem laserowym, jest to system całkowicie nieinwazyjny i bezdotykowy. Najpierw doprowadza on światło lasera do oka we właściwy sposób, a później to światło, które z oka wychodzi, czyli fluorescencję, prowadzi do fotodetektora, znajdującego się poza okiem w ramach tego układu. Cały proces opiera się na prowadzeniu światła do i z oka, potem uzyskane dane przetwarzane są w komputerze i uzyskujemy obraz, który może następnie być analizowany i interpretowany. Jest to podobna geometria do tomografii OCT obecnie wykorzystywanej w gabinetach okulistycznych, tylko w tym przypadku używamy innego światła do wzbudzenia i rejestracji efektów zachodzących w oku, ten fenomen nazywamy fluorescencja ze wzbudzeniem dwufotonowym.
Opowiedz, czym się zajmujesz w swojej pracy.
Jestem inżynierem od laserów, zajmuję się konstrukcją i opracowywaniem nowych konfiguracji laserów femtosekundowych czyli takich, które generują bardzo krótkie impulsy światła. Ta właściwość w kontekście badań oka jest bardzo użyteczna, dlatego że rozwiązuje dotychczas istniejący problem braku dostępu do fluoroforów, które znajdują się w siatkówce. Siatkówka jest w tyle oka i zarówno w niej, jak i w nabłonku barwnikowym znajdują się różne fluorofory, które dostarczają informacji o funkcjonowaniu tej siatkówki, przez co możemy zidentyfikować, jakie zmiany tam występują. Technicznym wyzwaniem jest fakt, że fluorofory są pobudzane wykorzystując światło UV, ponieważ absorbują one światło w zakresie tych fal. Niemniej takim promieniowaniem nie można człowiekowi zaświecić do oka dlatego, że jest wysokoenergetyczne i od razu zupełnie zniszczyłoby ten narząd. Odkryliśmy, że wykorzystując impulsy ultrakrótkie w podczerwieni ten problem możemy rozwiązać za pomocą absorpcji dwufotonowej, czyli wykorzystując dwa fotony o dwukrotnie mniejszej energii, która jest bezpieczna dla ludzkiego oka. Za pomocą tej technologii możemy w sposób bezpieczny wprowadzić to światło do oka i uzyskać dostęp do tych fluoroforów, do których wcześniej dostępu nie mieliśmy. To jest uzupełnieniowa informacja, której w inny sposób, przynajmniej w tej chwili, nikt nie potrafi zdobyć w sposób bezpieczny dla wzroku człowieka. A do tego są właśnie potrzebne impulsy femtosekundowe, o odpowiednio dobranych parametrach: muszą być skalibrowane we właściwym zakresie spektralnym, bardzo krótkie, o specyficznej częstotliwości powtarzania. Takich laserów jak dotąd nie było, nie można ich było kupić, a my podjęliśmy się tego, by specjalny laser właśnie o tych parametrach, które są optymalne, zaprojektować i skonstruować. Cała grupa osób pod kierownictwem prof. Grzegorza Sobonia na Politechnice Wrocławskiej była zaangażowana w konstrukcję pierwszego lasera o wspomnianej specyfice. Mimo, że nie brałem udziału w pierwszych etapach, po dołączeniu do zespołu na Politechnice Wrocławskiej ponad rok temu, zajmuję się właśnie inżynierią i konstrukcją tego typu układów. Wszystkie podzespoły potrzebne do konstrukcji tego lasera są komercyjnie dostępne. Niemniej ze względu że jest to laser światłowodowy, jego budowa oparta jest na różnych typach światłowodów, które trzeba odpowiednio zaprojektować, a później połączyć i to promieniowanie w odpowiedni sposób ukształtować. Jest to autorska, wysoce precyzyjna i zaawansowana technologicznie sztuka inżynierii.
Jakie wartości przyświecają Ci w pracy naukowej?
Myślę, że byłaby to użyteczność. Chciałbym, żeby te rzeczy które robię, komuś po prostu do czegoś przydały, żeby tworzyć nowe możliwości, rozwiązywać faktycznie istniejące problemy. To, co robimy w ICTERze jest dobrym tego przykładem, bo nie jest to sztuka dla sztuki, albo nauka dla nauki, tylko na prawdę mamy konkretny problem do rozwiązania. Nasz cel jest bardzo fundamentalny, żeby chronić wzrok ludzi, żeby pomóc w diagnostyce chorób oczu i opracowywaniu nowych terapii okulistycznych.
Jakie są największe wyzwania i najpiękniejsze aspekty pracy naukowej?
Największym wyzwaniem dla wszystkich naukowców jest wiedzieć, czym się zająć, ponieważ przestrzeń kierunków w których można się poruszać jest olbrzymia, a ludzkość już bardzo dużo wie. Zidentyfikowanie problemu i określenie go, a później wybranie czy ta droga, którą chcemy obrać ma sens, czy jest komuś potrzebna, czy ma szanse się udać, czy w ogóle warto się tym zajmować, to jest chyba najtrudniejsze pytanie ze wszystkich. W szczególności, że po drodze są też olbrzymie koszty, bo te badania są bardzo kosztowne, dużo ludzi jest w nie zaangażowanych, wiele czasu jest temu poświęcone, a na początku w ogóle nie wiadomo, czy to ma sens, czy to się da zrobić, czy to nie okaże się zmarnowanym wysiłkiem. Z drugiej strony może to również prowadzić do tych najpiękniejszych aspektów pracy naukowej, ponieważ praca nad jakimś problemem naukowym może pójść w tak nieoczekiwanym kierunku, możemy napotkać mnóstwo zaskoczeń, niespodzianek, totalnie nieprzewidzianych zwrotów akcji. Możemy sobie coś planować, a później okazuje się, że jesteśmy zupełnie gdzie indziej niż myśleliśmy, że będziemy. Dla naukowca jest to fascynujące.
Opowiedz o swoich pasjach poza pracą.
Moją największą pasją jest jedzenie, czyli zarówno gotowanie, jak i samo jedzenie. Lubię czytać książki o kuchni, oglądać programy kulinarne, przy okazji podroży próbuję się dowiedzieć co jest typowym jedzeniem w danym miejscu i dlaczego ludzie to jedzą, to mnie interesuje. Poza tym również uprawiam sporty różnego rodzaju, takie jak bieganie, chodzenie po górach, rower, i sporty wodne, w szczególności windsurfing. Wziąłem udział w kilku maratonach.
Widzę, że Twoje oczy mają dwa odmienne kolory. Z czego wynika ta cecha kondycja i jak się czujesz, mając takie wyjątkowe oczy? Czy wpłynęło to na Twoją decyzję, by prowadzić badania właśnie nad wzrokiem?
Ten efekt nazywany jest heterochromią, czyli wadą genetyczną, która występuje u poniżej 1% populacji, ale nie wpływa na widzenie, ani nie ma innych skutków poza odmiennymi kolorystycznie tęczówkami. Czasem ktoś zauważy, że jedno z nich jest zielone, a drugie brązowe, ale większość osób w ogóle nie reaguje na moje oczy. To uwarunkowanie w ogóle nie wpłynęło na moją decyzję o pracy w ICTER, jestem tu właściwie przez przypadek. Zajmuję się oczami tylko dlatego że zajmuję się laserami, a użyteczność laserów w kontekście badań oka doprowadziła mnie do naszego centrum. Te lasery, które konstruuję mogą się przydać do tego, żeby coś więcej w ludzkim oku zobaczyć niż to, co mogliśmy widzieć dotychczas.
Jakie są Twoje plany zawodowe na kolejne 10 lat?
Przede wszystkim zależy mi na tym, żeby wyniki mojej pracy były przydatne. Chcę konstruować urządzenia, które będą działały i które będą mogły być przez kogoś wykorzystywane. Chciałbym, aby te lasery mogły zrobić coś dobrego dla społeczeństwa. Moim marzeniem jest, aby te rzeczy które konstruuję były praktycznie wykorzystywane, przykładowo by nowe fluorescencyjne obrazowanie oka, można wykorzystać klinicznie i uzyskać informacje, dzięki którym uda się zdiagnozować wcześniej jakąś chorobę. Szerzej patrząc, chciałbym szukać nowych praktycznych zastosowań tych laserów, które potrafimy robić, bo są dość unikalne, żeby te ich cechy wykorzystać gdzieś, gdzie to ma naprawdę uzasadnienie. Taki laser jest dość skomplikowany, dość kosztowny, więc chciałbym szukać takich zastosowań, które dają na tyle dużo nowych informacji i możliwości, żeby to miało praktyczny sens, by ich używać.
W tej chwili, planuję rozwój swojej dalszej kariery w Polsce, można tu robić badania na bardzo dobrym poziomie, a dobrze się tu czuję. Jeździłem kilkukrotnie na staże naukowe za granicę, między innymi pracowałem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine w grupie prof. Krzysztofa Palczewskiego, gdzie budowaliśmy podobny układ do tego, który mamy w Warszawie. Ponieważ funkcjonuje tam wydział okulistyki, działają firmy okulistyczne i pracują lekarze, za tym pośrednictwem będziemy tę metodę testować na pacjentach z chorobami oczu. Wcześniej kształciłem się również w Sztokholmie na Royal Institute of Technology KTH, na uniwersytecie Aalto w Finlandii oraz w Helmholtz-Zentrum z Dreźnie. Te wizyty dotyczyły opracowywania nowych typów laserów, lub rozwoju metod kształtowania impulsów.
Właśnie rozpoczynam realizację grantu finansowanego przez NCN, w którym wraz z moim 3-osobowym zespołem będę pracował nad nowej klasy laserem dla potrzeb dwufotonowej oftalmoskopii fluorescencyjnej. Chcemy stworzyć „inteligentny” laser femtosekundowy, który sam będzie potrafił dostosować swoje parametry do obrazowanego obiektu. Tytuł grantu to „Adaptacyjne źródło femtosekundowych impulsów dla wielofotonowej mikroskopii i oftalmoskopii fluorescencyjnej”, a projekt będzie realizowany na Politechnice Wrocławskiej. Więc realizacja tego grantu z pewnością jest jednym z planów na kolejne lata.
Dziękuję ci za ten wywiad, Jakubie. Jestem podbudowana Twoją postawą i życzę Ci powodzenia w realizacji wszystkich planów.
Pomimo że rozwija laserowe technologie przyszłości, które ukształtują postęp okulistyki, dr inż. Jakub Bogusławski jest skromnym naukowcem. Największą wartością, która przyświeca mu w pracy jest użyteczność nakierowana na rozwiązywanie istniejących problemów badawczych. Dzięki niej, przesuwa dotychczas istniejące granice nauki. Jakubowi i jego zespołom z Politechniki Wrocławskiej i ICTER zawdzięczamy wynalezienie laserów, których wiązką można w sposób nieszkodliwy świecić do ludzkiego oka, by zdobywać kluczowe informacje dla rozwoju wczesnej diagnostyki i opracowywania nowych terapii chorób oczu.
Wywiad z dr inż. Jakubem Bogusławskim przeprowadziła dr Anna Przybyło-Józefowicz
Zdjęcia: dr Karol Karnowski
