Szeretnénk röviden bemutatni a CMF Lézertudomány Divizióját és jelenlegi tevékenységét.

A Dr. Alexander Weigel által vezetett nemzetközi csoport lézer- és metrológiai fejlesztéssel kombinált technológiát használ a mezőfelbontású infravörös spektroszkópiát alkalmazó jövőbeli egészségmonitorozáshoz szükséges új műszerek kialakításához.

Jövőbeli lézerplatformunk részeként alacsony zajszintű lézerdiódákkal közvetlenül pumpált, ultragyors Cr:ZnS oszcillátorokat fejlesztünk ki. Aleksandar Sebesta és Arun Paudel nemrég fejezte be az első tervezett lézer prototípust, amely új teljesítménystabilitási szintű 2,4 µm-es párciklusos impulzusokat hoz létre. Matthias Stadterrel, mechanikai mérnökünkkel együtt már az új metrológiai rendszer alapjául szolgáló következő generációs lézer prototípuson dolgoznak. Eközben Dr. Maciej Kowalczyk rekordot döntő alacsony szinten stabilizálja a lézerek hordozó-burkoló fázisát. A kimeneti teljesítmény további növelése érdekében Dr. Shizhen Qu alacsony zajszintű diódapumpás technológiát alkalmazó Cr:ZnS erősítőket dolgoz ki. Yudong Sun a lézerek karakterizálását segíti. Ezeket az egyedi forrásokat használjuk majd a több oktávos tartományú közép-infravörös generációhoz, és mezőfelbontású detektálással fogjuk rögzíteni a humán vérminták infravörös válaszát.

Egyidejűleg más, a nagy teljesítményű Yb:YAG korongos lézereken alapuló rendszerekkel toljuk ki a mezőfelbontású infravörös mérési technológia határát. Dr. Christina Hofer jelenleg egy ilyen rendszer frissítését koordinálja, melynek célja a két szinkronizált lézeroszcillátort alkalmazó, kHz frekvenciájú optikai szkennelés. Dr. Sebastian Gröbmeyer nemlineáris kompressziót használ az infravörös impulzusok szélesebb sávszélességének eléréséhez, melynek célja, hogy több információt nyerjen ki a biológiai mintákból. Dr. Abhijit Maity, Dr. Wolfgang Schweinberger és Dr. Dionysios Potamianos az ultragyors elektrooptikai mintavétellel végzett detektáláson dolgozik. Hojjat Heydarian, aki az ACCORD csoport tagja, új detektorelektronika kifejlesztésével támogatja a munkánkat. Számítógépes szakértőnk, Patrik Karandušovský algoritmusokat dolgoz ki az attoszekundum precizitású kettős oszcillátoros szkennelés nagy sebességű késleltetéskalibrációjához. 2022 márciusában a rendszer a magyarországi CMF Nemzeti Laboratóriumba költözik, ahol vérminták elemzésére és betegségspecifikus infravörös ujjlenyomatok azonosítására fogják használni.

Beszélgetés a 2022. évi fizikai Wolf-díj nyertesével

Prof. Krausz Ferenc, az attoszekundumos fizika vezető egyénisége és a CMF tudományos igazgatója 2022 februárjában kapta meg a rangos Wolf-díjat. Ebből az alkalomból most exkluzív interjút adott az iGlobenews hírportálnak. A cikkben Prof. Krausz beszél az ultrarövid impulzuslézerfizika alapkutatásairól és annak konkrét alkalmazási lehetőségeiről, mint például a személyre szabott, preventív egészségügyi ellátás, amely a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központtal folytatott közös munkából bontakoznak ki. A teljes interjú elérhető angolul itt vagy pdf-ben.

Új kísérleti projekt indult a hasnyálmirigy-, máj- és vastagbélrák kimutatására

Hasznos-e az infravörös molekuláris ujjlenyomatvétel a gyomor- és bélrendszeri daganatok kimutatására? Ezt próbálja kideríteni a CMF egyik legfontosabb németországi együttműködő partnere, a Lasers4Life csapata (L4L) egy új tanulmány keretében. A projekt nem rég vette kezdetét a Tübingeni Egyetemi Kórházban, a világ egyik vezető élettudományi- és orvostudományi egyetemén, Baden-Würtemberg központjában. A kutatók korábban már bebizonyították, hogy az infravörös molekuláris ujjlenyomatvételi módszer alkalmas bizonyos ráktípusok kimutatására (eLife 2021; DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.68758 ). Azt azonban még nem vizsgálták, hogy az infravörös spektroszkópia alkalmazható-e a hasnyálmirigy-, máj- vagy vastagbélrák kimutatására. A "Gyomor- és bélrendszeri daganatok és kiújulásaik lézeres kimutatása" című kísérleti projektet az L4L csoport a Tübingeni Egyetemi Kórház (UKT) I. Belgyógyászati Klinikájával együttműködve végzi. A kutatók infravörös spektroszkópiával fogják elemezni a rákos betegek vérmintáit molekuláris összetételükre vonatkozóan. Mind a hagyományos FTIR-módszert, mind pedig a CMF-fel együttműködve újonnan kifejlesztett infravörös lézerspektroszkópiát is fogják használni. A cél annak vizsgálata, hogy a molekuláris infravörös ujjlenyomatvétel használható-e új, nem invazív módszerként az emberi vér hatékony vizsgálatára a gyomor- és bélrendszeri rákos megbetegedések kimutatására. Izgalmas kezdet egy ambiciózus projekthez és egy új együttműködéshez!

Dr. Nathalie Nagl kapja a Max Planck Társaság 2021. évi Otto Hahn-érmét

Dr. Nathalie Nagl, a München melletti Garchingban működő Max Planck Kvantumoptikai Intézet fizikusa kapja a Max Planck Társaság 2021. évi Otto Hahn-érmét. A díjjal a fiatal tudósok első alkotói időszakának kiemelkedő eredményeit ismerik el. Nagl a díjat a közép-infravörös spektrumtartományban működő femtoszekundumos lézerek kifejlesztéséért kapja, ami jelentősen felgyorsította az új spektroszkópiai technikák széles körű alkalmazását az orvosbiológiában. Ez az új lézertechnológia (diódával pumpált Cr:ZnS lézerek), amelyet Nagl doktori kutatása során fejlesztett ki, lesz az alapja a CMF összes új infravörös lézerrendszerének (ISA3.0). Ennek eredményeként Dr. Nathalie Nagl-t nemrégiben kinevezték az ISA3.0 "projektvezetőjévé", akinek feladata, hogy az év végéig két, az ő általa fejlesztett lézertechnológián alapuló rendszer elkészüljön.

Az érmet a Max Planck Társaság éves ülésén, a kémia, fizika és technológia szekció ülésén adják át Nathalienak 2022. június 22. napján Berlinben.

Szívből gratulálunk Dr. Nathalie Naglnak ehhez a nagyon megérdemelt díjhoz!

Az "Infravörös érzékelés, mint új egészségmonitorozó eszköz" című előadás a müncheni Deutsches Museum-ban.

2022. március 9-én egy igazán izgalmas estét tölthettek el a vendégek a müncheni Deutsches Museum Dísztermében. A Deutsches Museum a világ legnagyobb tudományos és technológiai múzeuma, amely rendszeresen kínál széleskörű programokat aktuális kutatási témákról. Dr. Mihaela Žigman, a CMF (Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ) kutatási igazgatója, valamint az Attoworld BIRD (Broadband Infrared Diagnostics) kutatócsoportjának vezetője "Infrared sensing as a new monitor of health" (Infravörös érzékelés, mint új egészségmonitorozó eszköz) című előadása révén betekintést kaphattunk kutatási területének, a molekuláris ujjlenyomat kimutatásának és elemzésének témakörébe.

Dr. Žigman elmagyarázta az érdeklődő hallgatóságnak, hogy az ultrarövid impulzusú lézertechnológiát hogyan lehet a jövőben az egészségügyben alkalmazni különböző betegségek, mint például a rák korai diagnosztizálására, majd kiemelte az ezzel kapcsolatos első ígéretes kutatási eredményeket. Emellett részletesen bemutatta a nagyszabású Lasers4Life és H4H (Health for Hungary) tanulmányokat, melyek Németországban és Magyarországon zajlanak. Az információban gazdag előadás végén a hallgatók számos kérdést tettek fel, ami mutatja a téma iránti nagy érdeklődést és sikeres zárása volt az estének.

A német nyelvű előadás megtekinthető a Deutsches Museum youtube csatornáján:

https://www.youtube.com/watch?v=SblAhdYc8og&list=PLqvZktQdyL4teBsJsb7Sn2pCLdnJLQEXv

A CMF, az LMU és az MPQ csapatai az elmúlt évek során jelentős erőfeszítéseket tettek a lézertudományok határainak kitolására. Most új fejezetet nyithatunk: elérkezett az idő, hogy végre alkalmazzuk és értékeljük a legújabb technológiai vívmányokat az orvostudományban való lehetséges alkalmazásuk szempontjából. Megkezdődött a kutatás annak értékelésére, hogy az Infrasampler 1.5 technológia fel fogja-e emelni az in vitro rákdiagnosztika színvonalát!

A Max-Planck Kvantumoptikai Intézet (MPQ), a Müncheni Ludwig-Maximilians Egyetem (LMU) és a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ (MUK) tudósai közös erőfeszítéssel kifejlesztették az Infrasampler 1.5-öt - egy új eszközt emberi vérminták molekuláris ujjlenyomatának elektromos mező-bontott vizsgálatára. Izgalmas időszak kezdődik– elindult az emberi vérszérumon tett első kísérleti alkalmazás. A kutatásban az új lézer alapú spektrométer teljesítményét értékelik prosztata-, mell- és tüdőrákra jellemző molekuláris ujjlenyomatok azonosítására.

Az Infrasampler 1.5 az LMU kutatólaboratóriumainak ultragyors, nagy teljesítményű lézereit használja közép-infravörös impulzusok létrehozására és az emberi, vér alapú mintákban lévő molekulák gerjesztésére. Képzelje el az eseményt úgy, mintha egy kalapács ütne egy gongra: az ultraérzékeny mezőfelbontású detektálással új képesség áll rendelkezésre, hogy meghallgassuk a gongot követő csengést. Az emberi szérumból rögzített visszhangszerű jelek pedig a minta molekuláris összetételére jellemzőek. Most az a feladat, hogy kiderítsük, vajon ezek az emberi mintákból származó jelek korrelálnak-e az emberi fiziológiával és olyan betegségekkel, mint a rák.

A metrológiát Dr. Ioachim Pupeza, a mezőfelbontású metrológia fejlesztésének csoportvezetője és munkacsoportja fejlesztette ki, együttműködésben Dr. Alexander Weigel, vezető lézertudós munkacsoportjával. Mindannyian hálásak, Philip Jacob PhD-hallgató, Dr. Christina Hofer, a nemlineáris optika szakértője, valamint Dr. Wolfgang Schweinberger vezető tudós támogatásáért. Ennek az új technológiának a kifejlesztése valóban multidiszciplináris együttműködés volt, és olyan különböző területek tudósainak és szakértőinek összefogását igényelte, mint a lézerfizika, a nemlineáris optika, az informatika, az adatelemzés és a biomérnöki tudományok.

De ez nem minden. A kutatás még ennél is több szakember együttműködését teszi szükségessé. Az informatikai szakterületről Patrik Karandušovský a rendszer algoritmusait és vezérlőprogramjait fejleszti, míg Dr. Maximilian Högner posztdoktorandusz az adatelemzési eljárásokat. A molekuláris szintre lépve pedig a Dr. Mihaela Zigman szélessávú infravörös diagnosztikai (BIRD) csapata teszi lehetővé a biológiai, sőt a valós klinikai körülmények értékelését. Dr. Michael Trubetskov, Dr. Kosmas Kepesidis, Dr. Marinus Huber, Dr. Frank Fleischmann, Eric Grießinger szakterülete a molekuláris ujjlenyomatokat orvosi paraméterekkel összefüggésben vizsgálja, amelyeket Jacqueline Hermann klinikai vizsgálati csapata biztosítja számukra.

Mi az újdonság az Infrasampler 1.5 technológiában? A korábbi hasonló műszerekhez képest az Infrasampler 1.5 most egy új, ultragyors szkennelési technológiával van felszerelve, amely lehetővé teszi számunkra, hogy másodpercenként akár 3000 szkennelést rögzítsünk, szemben a korábbi, másodpercenként csak egy méréssel. A területen ez egy új mérföldkőnek számít. A jövőkép az, hogy az Infrasampler technológiát szabványosított technikaként használjuk a jövőbeni orvosi alkalmazásokban, és az első Infrasampler 1.5 mérések elindítása egy újabb fontos mérföldkő ezen az úton.

Az egészségügy jövőjének alakításához vezető út kihívásokkal teli lehet, számos többszintű problémával kell megbirkózni. Az LMU, a CMF és az MPQ nagyszerű elméinek interdiszciplináris ereje és hatalma, akik a küldetés teljesítése során ilyen egységesen lépnek fel, feltétlenül szükséges - az érintett technológiák jövője és alkalmazásai szempontjából egyaránt.

Február 14-én sajtótájékoztatót tartott Palkovics László innovációs és technológiai miniszter, valamint a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ (CMF) részéről Krausz Ferenc az Innovációs és Technológiai Minisztériumban. Palkovics miniszter úr megragadta az alkalmat, hogy gratuláljon Krausz Ferencnek a közelmúltban odaítélt Wolf-díjhoz, melyet az ultragyors lézertudományok és attoszekundumos fizikai tudományok területén végzett úttörő munkájával érdemelt ki. Palkovics László elmondta, hogy a kormány évek óta a magyar gazdasági versenyképesség kulcsának tartja az egészséggazdaságot, így nem véletlen, hogy az Innovációs és Technológiai Minisztérium elkötelezett támogatója a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központban (CMF) végzett kutatásoknak.

Ezt követően Krausz Ferenc bemutatta a CMF által végzett kutatási programot, melynek célja daganatos és más betegségek korai felismerése egy innovatív módszerrel, az infravörös molekuláris ujjlenyomatok meghatározásával. Dr. Krausz kiemelte, hogy a következő 10 évben 15 ezer résztvevő vérmintáinak vizsgálatát szeretnék megvalósítani, amihez szükséges, hogy a donorok évente 1-3 alkalommal adjanak vért, így a résztvevők közötti különbségek, valamint az egyénen belüli változások is követhetővé válhatnak.

A prosztatarákot, a férfiak vezető daganatos megbetegedését még mindig nagy kihívás korai stádiumban diagnosztizálni, amikor többnyire tünetmentes vagy más vizeletürítési problémáktól megkülönböztethetetlen. A korai prosztatarákos elváltozások megbízható kimutatására és megkülönböztetésére szolgáló jelenlegi módszerek szöveti biopszia nélkül nem kivitelezhetők. Egy új infravörös spektroszkópiai módszer, amely sugárzásveszély nélküli és nem invazív, megváltoztathatja a prosztata masszázs után gyűjtött vizelet (exprimátum vizelet) elemzését.

A CMF együttműködő partnerei - a müncheni Ludwig Maximilans Egyetemen (LMU) működő Broadband Infrared Diagnostics (BIRD) csoportból - most indítottak egy új klinikai vizsgálatot "A vér és az exprimátum vizelet infravörös spektroszkópiája a prosztatarák kimutatására" címmel. A klinikai vizsgálat célja annak bizonyítása, hogy egy csepp exprimátum vizelet új tesztként képes a prosztatarák jelenlétének kimutatására. A vizsgálat természeténél fogva interdiszciplináris, mivel egyesíti a lézerfizikai, a molekuláris biológiai és a prosztata onkológiai tudományterületek módszereit. A vizsgálat január végén indult a müncheni Ludwig Maximilans Egyetem (LMU) kórház urológiai osztályán, ahol Dr. Michael Chaloupka vezeti a BIRD klinikai vizsgálati csoport által irányított programot. Mára már meghatározásra kerültek a vizsgálat keretei, és sikeresen csatlakoztak az első résztvevő betegek!

A Münchentől délre fekvő Grosshadern klinikai csapatán kívül a vizsgálatok München északi részén, a garchingi LMU-n is folynak. A BIRD csoport kutatói az infravörös spektroszkópia és az ultrarövid impulzuslézerek legújabb vívmányait alkalmazzák a prosztatarák kimutatására szolgáló teszt megalkotásához - amely az emberi exprimátum vizelet infravörös molekuláris elemzésén alapul, így össze tudják hasonlítani a prosztatarákos betegek váladékának és vérplazmájának molekuláris összetételét a kontrollszemélyekével.

Az infravörös ujjlenyomat-elemzés szerves molekulákat elemez, hogy a testnedvekben található dinamikus biokémiai együttes tanulmányozásával felderítse az egészséges és a prosztatarákos állapotokat. A megváltozott fiziológia és patológia miatt a prosztatarák jelenléte változásokat okozhat a vizeletben, és itt jön be az új megközelítés: a kutatók infravörös spektroszkópiával infravörös profilokat mérnek a klinikáról érkező mintákon. Mindezt egy új eszközzel, egy ultrarövid impulzusú lézerrel működő készülékkel végzik el, amely egyetlen mérésen belül képes vegyületek sokaságát vizsgálni a kollektív infravörös molekuláris ujjlenyomatok mérésével.

A jövőbeni eredmények megmutathatják, hogy a prosztatarákos és prosztatarák nélküli férfiakból származó vizelet infravörös molekuláris ujjlenyomatai különböznek-e egymástól. Az új technológia, és így a prosztatarák újfajta érzékelési módjának tesztelésére irányuló törekvések elindultak, a prosztatarák diagnosztizálásáért folytatott küzdelem új erőre kapott.

Már ezren csatlakoztak a világszínvonalú kutatási programunkhoz

A H4H (Health for Hungary - Hungary for Health) projekt célja egy új, infravörös lézer alapú diagnosztikai eszköz kifejlesztése, amely hozzájárulhat a személyre szabott orvoslás további fejlődéséhez, a kialakulóban lévő betegségeknek még a tünetek megjelenése előtti kiszűréséhez.

A kutatás elengedhetetlen és felbecsülhetetlen értékű része egészséges résztvevők vérmintáinak önkéntes alapon történő begyűjtése, ezért különösen fontos, hogy a következő tíz évben minél több embert érjünk el. A projekthez csatlakozó önkéntesektől mindössze annyit kérünk, hogy évente két-három alkalommal adjanak vért. Így a résztvevők közötti különbségek, valamint az egyénen belüli változások is követhetővé és elemezhetővé válnak.

A vérminták begyűjtése 2021 nyarán kezdődött, mára pedig büszkén jelenthetjük, hogy már ezer fő csatlakozott a kutatási programunkhoz. Jelenleg 11 magyarországi mintavételi helyszínen van lehetőség a H4H Projektben való részvételre, de partnereink száma folyamatosan növekszik, hiszen szeretnénk a kutatást minél több ember számára könnyen elérhetővé tenni.

Rendkívül hálásak vagyunk minden önkéntesnek, akik belénk helyezték bizalmukat és eddig részt vettek a kutatásban. Egyúttal szeretnénk köszönetet mondani minden kollégánknak és partnerünknek, akik áldozatos munkája nélkül mindez nem sikerülhetett volna. Örömmel tekintünk a kutatás folytatás elé mindannyiunk egészségesebb jövője érdekében.

További információért és a kutatásban való részvétel részleteiért kérem látogasson el a www.h4h.hu weboldalra!

Krausz Ferenc az ultrarövid impulzuslézer-kutatásban és az attoszekundumos fizikában végzett úttörő munkásságáért kapja a díjat.

Krausz Ferenc a müncheni Ludwig Maximilians Egyetem Kísérleti Fizika - Lézerfizika tanszékének vezetője, a Max Planck Kvantumoptikai Intézet igazgatója és a magyarországi Center for Molecular Fingerprinting (CMF) tudományos igazgatója

Krausz Ferencnek és csapatának 2001-ben a Bécsi Műszaki Egyetemen először sikerült kísérletileg olyan extrém ultraibolya fényvillanásokat előállítani és mérni, amelyek mindössze attoszekundum hosszúságúak (egy attoszekundum a másodperc milliárdod részének milliárdod része). Az eredmények az attoszekundumos fizika kezdetét hozták el, és mérföldkövet jelentettek a tudományban. Az attoszekundumos fényvillanások először tették lehetővé az elektronok ultragyors mozgásának láthatóvá tételét, úgymond lefényképezését. Az elmúlt években Krausz Ferencnek és munkatársainak számos valós idejű filmet sikerült készíteniük a molekulákban és atomokban lévő elektronok mozgásáról.

Ezek az eredmények megalapozzák az úgynevezett infravörös molekuláris ujjlenyomatok elemzését azáltal, hogy az infravörös spektroszkópiát a legösszetettebb emberi anyag, a szövetek vizsgálatára alkalmazzák. Krausz Ferenc erőfeszítései és eredményei így nemcsak a fizika területén alapvetők, hanem új utakat nyitnak a biomedicinában és az élettudományokban is.

A tudósokat és művészeket 1978 óta díjazzák "az emberiség és az emberek közötti baráti kapcsolatok érdekében elért eredményekért (...) nemzetiségre, fajra, bőrszínre, vallásra, nemre vagy politikai nézetekre való tekintet nélkül". A fizikai és kémiai Wolf-díjakat a Nobel-díj után a legrangosabb díjaknak tekintik, amely Izraelben kerül átadásra.

"Nagy megtiszteltetés számomra a Wolf-díj odaítélése. Elismerésnek tekintem azt, amit számos kiváló kollégámmal és munkatársammal együtt elértem, valamint annak megbecsülését, hogy az ultragyors lézerek kutatása lehetőséget kínál a tudomány és a technológia határainak előmozdítására" - mondta Krausz Ferenc.

Krausz Ferenc megosztva kapta a díjat kollégáival, Paul Corkummal (Ottawai Egyetem) és Anne L'Huillierrel (Lund Egyetem), akik szintén úttörők az attoszekundumos fizika területén.

Pushparani Micheal Raj elnyerte a Német Fizikusok Társaságának (DPG) "Hét Fizikusa" címét. A DPG esélyegyenlőségi munkacsoportja 2018 januárja óta minden héten egy fizikusnőt mutat be egy rövid portréban.

A CMF mikrofluidikai tudósaként a BIRD kutatócsoportban Pushpa olyan eszközöket fejleszt, amelyekkel a különböző ráktípusok állapotai diagnosztizálhatók ultragyors infravörös spektroszkópiai vizsgálatok segítségével az attoszekundumos tartományban. A mikrofluidika sokoldalú és robusztus eszköz, amelyhez a betegek biomintáiból mindössze néhány mikroliterre van szükség, anélkül, hogy az adatok pontossága és precizitása sérülne. Pushpa érdeklődik a személyre szabott orvoslás és a megelőző orvostudomány, a gyógyszerkutatás és a gyógyszeradagolás számára kifejlesztett, az ellátás helyén alkalmazható diagnosztikai eszközök iránt. Célja, hogy hozzájáruljon az olyan halálos betegségek, mint a rák elleni hatékony, ugyanakkor megfizethető eszközök kifejlesztéséhez.

Pushpa álma hozzájárulni egy rákmentes társadalomhoz, amelyet BIRD és a CMF összefogása is támogat.

További információért:

www.dpg-physik.de

Fontos lépéshez érkezett a H4H Projekt az új weboldal elindulásával.

Új mérföldkőhöz érkezett a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ, hiszen elindult a H4H Projekt új weboldala, ahol minden fontos információ megtalálható a kutatási programról. Arra buzdítunk mindenkit, hogy vegyen részt a programban és önkéntesen adjon vért. Az oldalra látogatók ennek megfelelően megtalálják az összes olyan mintavételi hely elérhetőségét, ahol jelentkezni tudnak.

A H4H (Health for Hungary - Hungary for Health) Projekt egy világszínvonalú kutatási program, amelynek célja egy új, személyre szabott infravörös lézer alapú diagnosztikai eszköz kifejlesztése mindannyiunk egészségesebb jövője érdekében.

Mivel a projekt elengedhetetlen része, hogy egészséges férfiak és nők önként vért adjanak, ezért fontos, hogy minél több embert érjünk el és tudassuk velük azokat az előnyöket, amelyek a H4H projektből származhatnak. Úgy gondoljuk, hogy ez az új online platform segítségünkre lesz abban, hogy potenciális résztvevők minél többet tudjanak meg a kutatási programról és jelentkezésükkel segítsék a H4H Projekt további előmenetelét. Így reményeink szerint lehetőségünk lesz hozzájárulni az orvostudomány fejlődéséhez egy olyan megbízható egészségügyi monitorozó rendszer létrehozásával, amely egészségesebb jövőt teremthet mindannyiunk számára.

Látogasson el Ön is a www.h4h.hu oldalra!

2022. január 11-én ünnepélyes keretek között adták át a Szegedi Tudományos Parkban található Inkubátorházat. Az ELI-ALPS Lézeres Kutatóközpont mellett található, Science Parkban felújított épület ezentúl a Magyar Molekuláris Medicina Kiválósági Központ székhelye. Az inkubátorház avatásán az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium képviselői is részt vettek. A Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központot, mint élettudományi kutatással foglalkozó Nemzeti Laboratóriumot Dr. Vastag László Sándor cégvezetőnk képviselte.

Az ünnepségen Edith Heard [1] , az EMBL főigazgatója mellett Plamena Markova nemzetközi kapcsolatokért felelős vezető és Vladimir Benes, a Genomics Core Facility vezetője is részt vett. Az EMBL küldöttsége mellett a rendezvényhez csatlakozott Prof. Dr. Palkovics László innovációs és technológiai miniszter, Dr. Christoph Sensen, a HCEMM [2] főigazgatója, valamint Dr. Szabó István, a Nemzeti Kutatásfejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) tudományos és nemzetközi ügyekért felelős alelnöke.

A tudományos partnerségek és tudásmegosztás egy igazán izgalmas időszak kezdetét jelenti, különösen azért, mert az EMBL 2022. január 1-én kezdi meg új, 5 éves tudományos programját.

Prof. Edith Heard, az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium (EMBL) főigazgatója elmondta: az új programmal ambiciózus célt tűztek ki maguk elé: az élettudományok új korszakának beindítását Európában. A teljes megértés elérését a molekuláktól a teljes ökoszisztémákig. A kutatás fókuszában az emberi egészség áll. „Reményeink szerint a projekt segít megoldást találni az olyan nagy társadalmi kihívásokra is, mint az éghajlatváltozás, a biológiai sokféleség csökkenése vagy az újonnan megjelenő fertőző betegségek és a rákbetegség. A Program integrálja az élettudományi kutatásokat a tagállamokban, és segíti a társadalmi-gazdasági zöld fellendülésüket. A tudományos kihívásokat, amelyekkel foglalkozni fogunk – valamint a tárgyalt főbb társadalmi kérdéseket – egyetlen ország vagy egy tudományág sem kezelheti egyedül. Ennek a programnak a célja, hogy az EMBL soha nem látott módon lépjen kapcsolatba a tagországaival a következő 5 évben.”

Az EMBL hálózata egyedülálló lehetőséget teremt a magyar élettudományi kutatások európai szakértelmének gyakorlatba ültetésére. A HCEMM – a Nemzeti Laboratóriumok Program részeként – a magyar kutatók legjobb képességeit és erősségeit foglalja össze. Az új szegedi bázis elősegíti, hogy a HCEMM regionális tudományos központtá váljon az élvonalbeli molekuláris medicina, képzés és magasan kvalifikált kutatók foglalkoztatásával.

„A HCEMM küldetése az Egészséges Öregedéssel kapcsolatos kutatások és fejlesztések elvégzése négy pillérre alapozva: a rákkutatás, az anyagcsere-betegségek, a szív- és érrendszeri betegségek és a fertőző betegségek vizsgálatával. Célja új diagnosztikai módszerek és kezelési lehetőségek megvalósítása, amelyek javítják az életminőséget, és egyúttal hozzájárulnak az egészségügyi költségek csökkentéséhez is. Napokon belül megkezdődik a laborok, irodák berendezése is” – tájékoztatott a Dr. Christoph Sensen, a Magyar Molekuláris Medicina Kiválósági Központ (HCMM) ügyvezetője és főigazgatója.

Kutatóintézetünk megkezdte a tárgyalásokat az Európai Molekuláris Biológiai Laboratóriummal annak érdekében, hogy azonosíthassák a jövőbeni lehetséges együttműködési területeket.

[1] Edith Heard (szül. 1965) FRS MAE brit-francia epigenetikai kutató, 2019 januárjától az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium (EMBL) főigazgatója. Emellett a Collège de France professzora, az Epigenetika és sejtmemória tanszék vezetője.
[2] Magyar Molekuláris Medicina Kiválósági Központ (Hungarian Centre of Excellence for Molecular Medicine - HCEMM)

A CMF kutatócsoportához csatlakozott Dionysios Potamianos. Dionysios nemrég fejezte be PhD munkáját Reinhard Kienberger professzor csoportjában a Müncheni Műszaki Egyetemen a félvezető rendszerek femtoszekundumos és attoszekundumos elektrondinamikája témában. Lézermérnökként csatlakozott csapatunkhoz, ahol az infravörös ujjlenyomat-technológiára összpontosít. Közreműködik az emberi vér méréséhez tervezett új generációs műszerek kifejlesztésében, amelyek egy új, ultra-stabil dióda pumpálású Cr:ZnS lézerplatformon alapulnak.

A CMF molekuláris ujjlenyomat-módszertana külön fejezetet kap a müncheni Max-Planck Kvantumoptikai Intézet (MPQ) „Attoworld” imázsfilmjében, amelyet 2021. október 19 -én forgattak.

A CMF egyik fő kutatási partnerintézménye: az MPQ „Attoworld” csoportja - Prof. Dr. Krausz Ferenc vezetésével - ad otthont a fény-anyag kölcsönhatások valós időben történő vizsgálatára és az ebben rejlő lehetőségek kiaknázására. A közös víziónk reményeink szerint áttörést hozhat létre a jelenlegi egészségmonitorozási rendszerben, és átalakíthatja az egészségügy jövőjét.

Az MPQ imázsfilmjének forgatása Prof. Dr. Krausz Ferenc (MUK, tudományos igazgató) interjújával kezdődött, amelyben Prof. Dr. Krausz az attoszekundum-kutatás tudományos területeivel és alkalmazási lehetőségeivel kapcsolatos kérdésekre válaszolt, majd beszélt a motivációiról és a jövőről alkotott elképzeléseiről. A forgatás alatt megörökítették az MPQ laboratóriumi tudósainak mindennapi munkáját, délután pedig ellátogattak a Biolabs és a Lex laboratóriumokba, ahol a tudományos munkatársak a MUK munkavállalóival együttműködve fejlesztik ki az infravörös molekuláris ujjlenyomat új eljárását.

Rosszindulatú daganatok a testünkben számos helyen kialakulhatnak, és óriási veszélyt jelentenek az egészségünkre. Ha időben diagnosztizáljuk, nagyobb az esélyünk a legyőzésükre. Megvannak-e ehhez a megfelelő módszereink? A Müncheni Tudományegyetem (Ludwig-Maximilians-Universität) lézerfizikai tanszékének a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központtal (MUK) szorosan együttműködő csapata felfedte, hogy infravörös spektroszkópiai profilalkotás segítségével kimutathatjuk azokat a molekuláris jeleket, amelyeket a szolid tumorok hagynak a vérünkben.

A korai stádiumban lévő és még kevésbé agresszív rákos elváltozások felismerése kiemelkedő fontosságú ahhoz, hogy megfelelő kezelési lehetőségek álljanak rendelkezésre. A testünkben lévő daganatok diagnosztizálására jelenleg használt képalkotó eljárásokra és biopsziás mintavételre alapuló technikákat meghaladva, a modern megközelítések már a nem invazív lehetőségekre összpontosítanak: testnedveket elemeznek, és megpróbálják megragadni a daganatok által okozott, makroszkóposan "láthatatlan" molekuláris változásokat. A daganatok számos rendellenes anyagcsere-terméket és jelzőmolekulát szórnak szét a környezetükben, valamint jellemzően kölcsönhatásba lépnek a szomszédos egészséges sejtekkel, később pedig immunsejtjeinkkel és az erekkel is. Ezek a kölcsönhatások jelentősen befolyásolják számos, a véráramban is megjelenő molekula típusát és mennyiségét. Ez már akkor megtörténik, amikor a daganat korai stádiumban van, lokalizált, és még nem képzett áttéteket. A daganatot jelző molekulák egyértelmű azonosítása - az orvosi diagnosztika és a gyógyszeripar szentgrálja - azonban továbbra is kihívást jelent!

A müncheni LMU Attoworld kutatócsoportja jelentős erőfeszítéseket tett annak érdekében, hogy új technológiai utakat nyisson meg a molekulák legmegbízhatóbb és legérzékenyebb kimutatására komplex folyadékmátrixokban. Ezzel összefüggésben a BIRD kutatócsoport (https://www.attoworld.de/bird.html) publikált egy tanulmányt az eLife folyóiratban ( DOI: 10.7554/eLife.68758 ), miszerint egy parányi mennyiségű vérmintát egy küvettán keresztül áramoltattak, infravörös fényt világítottak át rajta, és a vérmintából származó fényhullám-mintázat összetett változásait a benne oldott több százezer különböző molekula típusának és számának függvényében számszerűsítették. Az információk gépi tanulási algoritmusok segítségével történő kinyerése lehetővé teszi egy olyan szignatúra meghatározását, amely olyan mértékben jellemző az egyén vérmintájára, hogy a szignatúrát "molekuláris ujjlenyomatnak" is nevezhetjük. A BIRD-csoport egy korábbi tanulmányában már azt is kimutatta, hogy az ilyen infravörös molekuláris ujjlenyomatok nagymértékben reprodukálhatók az egyénektől származó ismételt vérvételek során (Huber et al., Nat. Communications 2021, PMCID: PMC7940620).

Az olyan betegségek esetén, mint a daganatok, az infravörös molekuláris ujjlenyomatok segítségével történő betegségmonitorozásnál megoldandó kihívás nehézségei nyilvánvalóak: populációs szintre szükséges lépni, és több száz egyént kell megvizsgálni ahhoz, hogy az átlagos egészséges és az átlagos beteg ujjlenyomat közötti különbséget meg lehessen határozni. Hogyan működik ez a gyakorlatban? Az LMU klinikáinak orvosaival együttműködve a BIRD csapata egy eset-kontroll klinikai vizsgálat keretében összehasonlította az egymástól függetlenül diagnosztizált tüdő-, prosztata-, emlő- vagy hólyagrákos betegek mintáin mért infravörös molekuláris ujjlenyomatokat. Az infravörös ujjlenyomat meglepően megbízhatóan mutatta ki a daganatos betegségek jelenlétét, valamint nemcsak a daganat kimutatására, hanem a különböző daganattípusok megkülönböztetésére is alkalmas volt, ami arra utal, hogy különböző típusú daganatok specifikus molekuláris változásokat váltottak ki.

Lehetséges, hogy eljön az a nap, amikor ez a módszer elérhetővé válik majd a kórházakban? Bár még messze vagyunk attól, hogy a módszert betegeken alkalmazni lehessen, a közzétett tanulmány eredményei alátámasztják azt a várakozást, hogy a jövőben az infravörös ujjlenyomatok hasznosak lehetnek a daganatok diagnosztizálásában, így a korai stádiumban lévő, illetve nehezen diagnosztizálható daganatok szűrésében, amelyek a jelenlegi tumordiagnosztikai módszerekkel észrevétlenek maradnának. Ráadásul az infravörös ujjlenyomatok mérése hamarosan egy újabb szintre emelkedhet, amikor az Attoworld által jelenleg is kutatott ultragyors fényforrások és nagy pontosságú, elektromos mezőn alapuló mérési eljárások is szerepet kapnak.

A célhoz vezető út már jól látható, a küldetés folytatódik.

Liudmila Voronina, Mihaela Žigman és munkacsoportja az Angewandte Chemie neves kémiatudományos folyóirat 2021 június 31-i számának címlapjára került. A kép a vérszérum összetételének pillanatképét mutatja, amely tükrözi az egyén egészségi állapotát. Ez a pillanatkép, amelyet a gyakorlatban abszorpciós spektrumnak hívunk, infravörös spektroszkópiával egyszerű és költséghatékony módon felvázolható, de egyelőre az állapottal kapcsolatos változások molekuláris jellege még nem kimutatható. Cikkükben a kutatók arról számolnak be, hogy proteomikai módszerek segítségével azonosítható volt egy olyan fehérjekészlet, amely vélhetően jelentős mértékben hozzájárult a vérszérum infravörös abszorpciós spektrumához és az adatelemzést követően arra lehetetett következtetni, hogy ez a fehérje-mintázat a tüdőrák jól elkülöníthető jele lehet. A kreatív borítóképet a tanulmány szerzői tervezték, és Dennis Luck készítette el.

Eredeti megjelenés:
Molecular Origin of Blood-Based Infrared Spectroscopic Fingerprints
L. Voronina, C. Leonardo, J. Mueller-Reif, P. Geyer, M. Huber, M. Trubetskov, K. Kepesidis, J. Behr, M. Mann, F. Krausz, M. Žigman
Angewandte Chemie 60, 17060 (2021)

A „Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ” (MUK) újabb mérföldkövet ért el: levételre kerültek az első vérminták az „Egészség Magyarországnak” (Health for Hungary - H4H) orvostudományi kutatás keretében, melynek célja egy innovatív egészségmonitorozási rendszer kifejlesztése.

Fordulóponthoz közeledik az orvoslás jövője: előtérbe kerülhet a preventív, személyre szabott gyógyítás, ami nagy változásokat hozhat a jelenleg alkalmazott betegség diagnosztizálását követő kezeléshez képest. A Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ legfőbb célja az, hogy a közeljövőben lehetségessé váljon a súlyos egészségügyi állapotok és betegségek korai felismerése még jóval a tünetek kialakulása előtt – így a kezelések sokkal sikeresebbek lehetnek. A vérminták összetételének ultrarövid lézerimpulzusokkal végzett elemzése lehetőséget adhat egy személyre szabott egészségügyi monitorozásra, ugyanazon egyéntől időről időre ismételt mintavétellel.

2021. július 27. – fontos állomás a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ magyarországi kutatási tevékenységében. Egyik klinikai együttműködő partnerünk elvégezte az első vérminták levételét a H4H kutatás keretében. A széles körben végzett, országos kutatási program célja a betegségek korai felismerése egy innovatív módszerrel: infravörös molekuláris ujjlenyomatok meghatározásával. A kutatási programot az első együttműködő klinikai partnerrel, a „Vita Verum Medical Bt.” - vel nyitották meg Székesfehérváron. A közeljövőben több mintavételi helyszín is nyílik majd országszerte, további együttműködő partnerek csatlakoznak a kutatási program céljához.

Előbb a kutatóközpont csapata betanította a vizsgálóhely személyzetét és az adatvédelmi irányelvekkel kapcsolatos oktatás is megtörtént, ezt követően fogadta a centrum az első önkénteseket a véradásra. A H4H kutatási program elindulása egy nagy lépés a nagyszabású tanulmány megvalósításában.

Mit hozhat ez a kutatás a jövő számára? A Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központ célja egy új, lézer alapú diagnosztikai eszköz kifejlesztése az emberi egészség monitorozására. Hogyan történik mindez? Az innovatív módszerben ultrarövid lézerfény alkalmazásával elemzik a vérmintákat. Ez az egyedülálló és összetett technológia Prof. Krausz Ferenc müncheni „attoworld” kutatócsoportjától származik. A technológia alkalmazhatóságát, hogy miként lehet ezeket a lézerimpulzusokat az emberi egészség vizsgálatára használni, Dr. Mihaela Žigman és csoportja alkották meg és a Molekuláris- Ujjlenyomat Kutató Központtal együttműködve fejlesztik tovább, illetve alkalmazzák vérminták vizsgálatára. A H4H program önkénteseket toboroz a lakosság széles rétegeinek bevonásával – ezzel elősegítve a kutatás-fejlesztést, és új lehetőségeket kialakítva a betegségek kialakulásának nyomon követesére.

A H4H kutatási programmal a kutatóközpont a tervek szerint a következő években országszerte több mint 10 000 fő bevonását tervezi. Az egyre bővülő mintavételi helyszínek kényelmes hozzáférést biztosítanak minden lehetséges résztvevő számára. A kutatásban fontos szerepe lesz hazánk különböző régióiból történő mintagyűjtésnek, ezáltal a kutatás a magyar lakosság széles körét lefedheti.

Az adatgyűjtés és a vérmintavétel után a kémcsöveket álnevesítve továbbítják a kutatócsoportnak, ily módon az adatvédelmi előírások szerint a kutatók nem tudják személyesen azonosítani a vizsgálati személyt. A következő lépésben a vérmintákat speciális hűtési körülmények között tárolják, illetve elvégzik a lézer alapú mérést, majd kiértékelik az eredményeket. A kutatási célú véradás során egy plusz kémcsövet is felhasználnak, amely rutin laboratóriumi eredményeket biztosít - vérkép, vérkémiai paraméterek - az önkéntesek számára.

A H4H kutatási programban történő részvétel reményeink szerint hozzájárul egy preventív, személyre szabott orvoslás kialakításához, egészségesebb jövőt teremtve a magyar lakosság számára. Egyúttal a kutatás hozzájárulhat a súlyos betegségek korai szakaszában történő felismeréséhez, elősegítve, hogy az optimális terápia időben rendelkezésre állhasson még a betegségek kifejlődésének korai szakaszában.

A vérmintákban lévő molekuláris ujjlenyomatok alapján történő betegségek kimutatásához a CMF alapvető technológiája az elektromos mező-bontott („field-resolved”) infravörös spektroszkópia. A technológia rendkívül rövid infravörös impulzusok generálására támaszkodik nemlineáris lézertechnikával a mintában lévő molekulák gerjesztésére, amelyet a molekuláris válasz csengésének rögzítése követ. A betegség észlelésének érzékenysége az infravörös lézerimpulzusok fényerejétől és spektrális információtartalmuktól függ, vagyis attól, hogy az infravörös impulzusok hány különböző molekuláris rezgést képesek egyszerre gerjeszteni. A fényerő és spektrális tartalom erősítéséhez a lézerrendszerek bonyolultságának és méretének növelésére van szükség, míg végül a bevett felskálázási módszerek elérik az érintett nemlineáris konverziós folyamatok határait.

A CMF, az LMU és a Max-Planck Kvantumoptikai Intézet együttműködésében Dr. Shizhen Qu, Dr. Kafai Mak, Dr. Alexander Weigel és Prof. Krausz Ferenc elegáns megoldást javasolt arra, hogy az infravörös impulzusokat kvantum kaszkád lézerekkel erősítsék (QCLs). A QCL-ek kompakt, “on-the-chip” lézereszközök, amelyek közvetlen elektromos áramellátással képesek elérni a Watt-nagyságrendű infravörös optikai kimenetet - sokkal többet, mint amit általában nemlineáris technikákkal lehet elérni. A találmány lényege, hogy az ultrarövid infravörös impulzust QCL-ek sorozatán átvezetve megerősítjük, így korábban elérhetetlen energiaszintet érünk el. A QCL-ek emissziós jellemzői félvezető rétegszerkezetükkel testreszabhatók, így a jellegzetes ujjlenyomat-mintázatokat gerjesztő spektrumkomponensek felerősíthetők. Azáltal, hogy a pulzusnak szelektíven csak azon részeit erősítjük, amelyek hozzájárulnak a betegség-specifikus ujjlenyomatokhoz, a QCL-ek kombinációjával várhatóan magasabb érzékenységet érhetünk el. Megfelelő időzítéssel elképzelhető maga a tiszta molekuláris ujjlenyomat-jel erősítése is.

Ez az első közös szabadalmi bejelentés bizonyítéka a három intézmény sikeres együttműködésének a betegségek rendkívül érzékeny véralapú felderítése és az állapotfigyelés terén.

Kutatók ezrei keresik a módját annak, hogyan lehet az emberi egészséget egy egyszerű, rutinszerű eljárás segítségével teljeskörűen felmérni. Miért? Mert minden ember teljesen egyedi - személyiségében és egészségi állapotában egyaránt. Az egészség meghatározása népesség szintjén óriási feladat. Ennek tükrében kulcsfontosságú az egészségügyi rendellenességek mielőbbi felismerése, hogy jelezni lehessen azt, ha egy betegség megjelenik az ember testében. Sok betegség sikeresebben kezelhető lenne, ha korábban, még azok kialakulási fázisaiban, figyelmeztetést kaphatnánk. Kiváltképp igaz ez a rákos megbetegedések esetében. Ebben kaphatnak szerepet a betegségek felismerésének kevésbé invazív módjai.

A müncheni LMU lézerfizikai tanszék interdiszciplináris csapatában úgy gondoljuk, hogy sikerült ebbe az irányba lépéseket tennünk és a vért, mint a teljes szervezetünket átjáró összekötő folyadékot, elemeztük. Ez a megközelítés bárki számára ismerős lehet az orvosi vizsgálatokon szerzett tapasztalatok alapján, azonban a vér nemrégiben már a legmodernebb, fehérje-és metabolitok analízisén alapuló vizsgálatok célkeresztjébe is bekerült. Ebbe a sorba csatlakozott saját kutatásunk, amely során infravörös fénnyel vizsgáltunk meg kis mennyiségű vért és rögzítettük az oldható biomolekulákból származó rezgéseket. Az LMU Tüdőgyógyászati Központ orvosaival együttműködve klinikai vizsgálatot indítottunk tüdőrákkal diagnosztizáltak egyének, és ezzel párhuzamosan egészséges állapotú, összehasonlításra alkalmas egyének vérének összegyűjtésére. Vérmintáikat infravörös spektroszkópiával analizáltuk és adatelemzést követően már egy apró csepp vérből is sikerült magabiztosan megkülönböztetnünk, hogy az illető a tüdőrákos vagy az egészséges csoportba tartozott-e.

Heuréka? Nos, mi ennél is tovább szeretnénk jutni. Bár az infravörös ujjlenyomatok megkülönböztethetik a tüdőrákot, de még nem adnak megfelelő képet a különbséget alkotó egyes vérkomponensekről. Mindemellett jó lenne megismerni identitásukat, hogy tovább lehessen fejleszteni ezt a módszert. Legújabb tanulmányunkban erre mutatunk be egy megbízható lehetőséget, amelyet nemrég publikáltak a Angewandte Chemie (DOI: 10.1002/anie.202103272) lapban. Két különféle módszer kombinációjáról van szó, amelyeket ritkán alkalmaznak együtt: tömegspektrometria és infravörös spektroszkópia. A célunk a tényleges kémiai változások dekódolása volt azok mögött a sejtelmes infravörös ujjlenyomatok mögött, amelyeket a fent említett klinikai vizsgálatban észleltünk. A müncheni Max Planck Biokémiai Intézetben vérminták tömegspektrometrikus elemzését követően azonosítottunk 12 olyan fehérjecsoportot, amelyek nagy valószínűséggel hozzájárultak a tüdőrákra jellemző infravörös ujjlenyomat kialakításához. Ez azért is kiemelten fontos eredmény, mert tüdőrákok esetében jelenleg nincsenek megbízható, vérből mérhető biomarkerek. Érdekes, hogy ezek a fehérjék már régóta ismertek voltak, most viszont átértékelődött a szerepük, hiszen az általunk definiált kombinatorikus fehérje-aláírás új korszakot nyit a diagnosztikai módszerek területén, ezzel lehetőséget teremtve a fehérje-aláírás infravörös fény segítségével percek alatt történő bemérésére.

Egy újabb lépéssel közelebb kerültünk volna a betegségek felfedezéséhez és az egészséges állapot meghatározásához? Igen! Csapatunk lézertudósai újabb és újabb módszereket dolgoznak ki annak érdekében, hogy a spektroszkópiai vizsgálatokhoz egyre rövidebb és pontosabb fényimpulzusokat biztosíthassanak. Átvitt értelemben az egész egy nagyítóhoz hasonlítható, amely által lehetővé válik számunkra, hogy egyszerre vizsgáljuk meg a vérünkben egyszerre nyüzsgő molekuláris tárházat, mintha csak egy pillanatképet vennénk fel róla. Eredményeink más egyéb tudományágak számára is jelentőséggel bírnak, illetve megállapításainkat alkalmazhatjuk más a vérben nyomot hagyó betegségek kimutatására.

Miközben az emberi egészség megőrzésének fejlesztésén dolgozunk azáltal, hogy fényt sugározunk a vércseppeken keresztül, szem előtt tartjuk Isaak Newton gondolatát: „Tudásunk egy csepp. Amit nem tudunk, az egy egész óceán.”

Mihaela Zigman

Eredeti cikk:
Angew Chem Int. Ed Engl
A véralapú infravörös spektroszkópos ujjlenyomatok molekuláris eredete
Liudmila Voronina, Cristina Leonardo, Johannes B Mueller-Reif, Philipp E Geyer, Marinus Huber, Michael Trubetskov, Kosmas V Kepesidis, Jürgen Behr, Matthias Mann, Krausz Ferenc, Mihaela Žigman
PMID: 33881784
DOI: 10.1002 / anie.202103272

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202103272
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202107126

A világjárvány okozta hosszú szünet után először nyílt lehetőség élőben, személyes előadásra és beszélgetésre május 28-án Bécsben Krausz Ferenccel. Különleges esemény volt. Bécs nemcsak az attoszekundumos tudomány szempontjából jelentős város, hanem fontos hely Krausz Ferenc magyar-osztrák tudós számára is, aki korábban hosszú évekig itt dolgozott. Ezen a napon az Osztrák Tudományos Akadémia (OeAW) tartotta meg 2021-es évi ünnepi kongresszusát neves tudósok részvételével. Az eseményen Krausz Ferencet keynote előadóként üdvözölték a konferencia házigazdái, Anton Zeilinger, az OeAW elnöke, valamint Alexander Van der Bellen osztrák elnök.

Aki szeretné megnézni az előadást és szívesen megismerkedne Krausz Ferenc és csapatainak (CMF, LMU, MPQ) eredményeivel is, megnézheti itt a videót: https://youtu.be/4dQn4fe33hc

Az inspiráló előadás után az osztrák média - és hírszolgáltató (ORF) interjút is készített Krausz Ferenccel. Robert Czepel újságíró interjújából megtudhatjátok, mi is történt pontosan közel 20 évvel ezelőtt a TU bécsi laboratóriumában: https://science.orf.at/stories/3206849/

A címben olvasható mondat nemcsak metaforikusan de szó szerint is helytálló, hiszen a müncheni Ludwig Maximillians Tudományegyetem (LMU) és a Max Planck Institute for Quantum Optics (MPQ) kutatói a Nature Communications folyóirat hasábjain újabb áttörésről számoltak be az egyszerű vérvételt követő személyre szabott diagnosztikai eljárásuk fejlesztésével kapcsolatban.

Az egészséges önkéntesek részvételével végzett tanulmányban bebizonyosodott, hogy a néhány csepp vérből végzett molekuláris-ujjlenyomat vizsgálat hosszú távon is stabil, azaz ismételt mérések esetén az idő előre-haladtával is megbízható eredményeket ad. A vérplazma összetétele alapján sikerült meghatározni minden résztvevő számára az őt jellemző egyedi molekuláris-ujjlenyomatot, amely nemcsak különböző egyének között, hanem egy adott egyén korábbi eredményeivel is jól összehasonlíthatónak, informatívnak bizonyult. A fizikusokból, molekuláris biológusokból és orvosokból álló sokszínű csapatnak ez az első olyan közleménye, amely egészséges résztvevők eredményein alapszik, illetve amelyben az eljárás hosszú-távú alkalmazhatóságáról tesznek tanúbizonyságot. A vérminták elemzése Fourier-transformációs infravörös spektroszkópiai méréseken alapult, amely napjainkban a legalapvetőbb eljárás biológiai folyadékok analizálására.

A tanulmány vezető szerzői, Dr. Mihaela Žigman (aki a frappánsan BIRD-nek nevezett-Broadband InfraRed Diagnostics-munkacsoport vezetője), Prof. Dr. Nadia Harbeck (az LMU-n működő klinika kutatója) és Prof. Dr. Krausz Ferenc (az MPQ Lézerfizikai Intézetének Vezetője) szerint ezzel a publikációval hatalmas lépést tettek a végső küldetés, azaz a személyre szabott egészség-monitorozás felé. Ugyanis ahhoz, hogy egy betegséget még annak előszobájába lépve felismerhessenek az eljárás segítségével, először behatóan ismerni kell az egészséges állapotra jellemző, de életmódtól és demográfiai jellemzőktől függően dinamikusan változó egyedi molekuláris-ujjlenyomatot, majd az ettől való eltéréseket figyelembe véve tudják hatékonyan segíteni a klinikai diagnosztikát.

Eredeti publikáció:
Huber, M., Kepesidis, K.V., Voronina, L. et al. Stability of person-specific blood-based infrared molecular fingerprints opens up prospects for health monitoring. Nat Commun 12, 1511 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41467-021-21668-5
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21668-5
További információ elérhető:
Dr. Mihaela Žigman
Ludwig-Maximilians-University Munich
Am Coulombwall 1
85748 Garching, Germany.
E-Mail: zigman@mukkozpont.hu.

A CMF küldetése, hogy molekuláris ujjlenyomat vizsgálattal fel lehessen ismerni a betegségek első jeleit, illetve monitorozni lehessen az egészséges állapotot. Álmunk valóra váltásához még számos technológiai kihívással kell szembenéznünk, és a budapesti lézer-laboratórium megalapításához elengedhetetlen egy szakmailag felkészült csapat, hogy elindulhassunk a tudományos kutatás által gerjesztett technológiai fejlődés útján.

Mindezek alapja a középinfravörös lézerforrás optimális fejlesztése, tökéletesítése, amely során mintakezelési és detektálási technológiák fejlesztésén keresztül az optimális adatgyűjtési és feldolgozási stratégiák elérése felé haladunk.

Az elmúlt néhány hónapban egy új csapat alakult a CMF-nél, melynek küldetése, hogy szembenézzen ezekkel a lézer-technológiai kihívásokkal és hatékony megoldásokat keressen rájuk. Ennek elősegítésére a CMF Németországban lévő csapata az LMU-ban dolgozó lézertudósokkal együtt azon dolgozik, hogy az általuk elért technológiai vívmányokat egyetlen ujjlenyomat készítő prototípusban egyesítse. Ezután az áttörés után a CMF lézer laboratóriuma megnyitja kapuit Budapesten, ahol ez az eszköz fogja forradalmasítani azt a folyamatot, melynek eredményeképpen a vérmintákat professzionális szinten lehet elemezni.

A Dr. Alexander Weigel által vezetett CMF csapat teljes erőbedobással azon dolgozik, hogy napról-napra közelebb kerüljön a kitűzött célhoz, és áttörő sikert érjen el a kutatásban.

Szeretettel köszöntjük új kollégánkat, Zóka Violát, aki 2020 októberében csatlakozott a Dr. Mihaela Zigman által vezetett kutatócsoporthoz és orvos-diagnosztikai laboratóriumi asszisztensként támogatja és erősíti csapatunkat, eddig megszerzett széleskörű tapasztalatával.

A fiatal magyar hölgy a Pécsi Tudományegyetemen szerezte vegyészdiplomáját és már az egyetemi éveket megelőzően kialakult benne a kémia iránti szenvedély, amely még inkább felerősödött első munkahelyén, a nagykanizsai székhelyű, környezetbarát vízkezelésű technológiákat fejlesztő Hidrofil Kft-nél. Az itt töltött időszak alatt vízminták minőségi-és mennyiségi elemzésével foglalkozott, miközben egy sor korszerű analitikai kémiai módszert sajátított el.

Röviddel azután, hogy Viola először hallott az infravörös molekuláris ujjlenyomat technikáról, felismerte, hogy ez a módszer az emberi vérminták sokkal kifinomultabb, részletesebb elemzését teszi lehetővé mint az általa eddig ismert egyéb, kémiai tulajdonságokon alapuló diagnosztikai módszerek. Szeretett volna úttörő munkánk részesévé válni, így megpályázott egy pozíciót a CMF budapesti irodájába. Mivel a CMF saját lézeres-diagnosztikai laboratóriuma még kialakítás alatt áll és a társaság szoros együttműködésben áll a Ludwig Maximilians Egyetem (LMU) Lézerfizikai Intézetével, Viola szívesen költözött egy időre Németországba, ahol a Garching-ban lévő kutatóintézetben folytatja szakmai karrierjét, valamint onnan támogatja a CMF által kitűzött kutatási célokat.

Jelenleg egy lézer kutatókból és molekuláris biológusokból álló sokszínű csapatban dolgozik, ahol lehetősége nyílik infravörös szpektroszkópia segítségével elemezni emberi vérminták molekuláris összetételét – egy olyan áttörésre várva, amely mindannyiunk életét megváltoztathatja!

A CMF stratégiai partnere, a müncheni Ludwig-Maximilians Egyetem (LMU) felépített egy automatikus biobank rendszert a minták mínusz 150 °C alatti hőmérsékleten történő tárolására. Ez mire jó? Ilyen rendkívül alacsony hőmérsékleten – úgynevezett „kriogén” körülmények között, közvetlenül folyékony nitrogén fölött – az emberi mintákat, például vérplazmát vagy bármilyen biológiai szövetet több évtizeden keresztül lehet tárolni a minták romlása nélkül. A rendszer biztosítja, hogy a klinikai vizsgálatok során összegyűjtött értékes, emberi eredetű minták hosszú távon felhasználhatók legyenek, és ezáltal lehetővé teszi a kutatók számára, hogy ezeket a leghatékonyabban tudják analizálni molekuláris ujjlenyomat-technikákkal. Egy ilyen automata kriogén rendszer egy nagy, szorosan lezárt tartályból áll, amely akár 60 000 minta tárolására képes. A rendszer fel van szerelve egy robotkarral is, amely automatikusan képes a mintacsövek egyenkénti kiemelésére, úgy, hogy a mintákat a folyamat során mínusz 100 °C alatt tartsák és kezeljék. Ennek a rendszernek a telepítése közvetlen hatással van a CMF-LMU közös kutatási céljainak megvalósulására. Egyrészről a két intézmény közös klinikai vizsgálatokat fog végezni, másrészt pedig az LMU biobanki rendszere mintapéldául szolgál a CMF által tervezett biobankhoz is, amelynek installációja Budapesten várható. Ezáltal a CMF a legértékesebb biológiai minták tárolásának legjobb módját valósítja meg az elkövetkező kutatási években!

A Ludwig Maximilian Egyetem (München), a Max Planck Kvantumoptikai Intézet (Garching), a King Saud University (Rijád), valamint a Molekuláris Ujjlenyomat Vizsgáló Központ (Budapest) közötti együttműködés keretében egy olyan molekuláris spektroszkópiai technológiát fejlesztettünk ki, amellyel átléphetők a hagyományos infravörös spektroszkópia régóta tapasztalható korlátai, melyről egy friss publikációban adtunk hírt. Egy nagy teljesítményű femtoszekundumos lézer másodpercenként 28 millió precízen ismétlődő infravörös hullámvonulatot generál, amelyek csupán néhány oszcillációs ciklusból állnak. A kontrollált ultra-rövid infravörös fényvillanások pillanatszerűen rezgésbe hozzák a vizsgált minta molekuláit. A sajátfrekvenciáikon rezgő molekulák a gerjesztő fényimpulzus mögött infravörös hullámokat bocsátanak ki, amelyek összege „ujjlenyomat”-szerű információt szolgáltat a minta molekuláris összetételéről.

A hagyományos spektroszkópiákkal ellentétben, amelyeknél a mintának az infravörös gerjesztésre adott teljes válasza (benne magával a gerjesztő fényhullámmal) éri a detektort, az új spektroszkópiai eljárás, field-resolved spectroscopy, képes a rezgő molekulák által kibocsátott jel közvetlen detektálására, a gerjesztéstől elkülönítve. Ez jelentősen mérsékli a korábbi eljárásoknál jelenlévő (zajos) infravörös hátteret. Ennek köszönhetően páratlan kimutatási érzékenységet és dinamikus tartományt eredményez.

Az új eljárás első biológiai alkalmazásai messze túlmutatnak a legkorszerűbb infravörös vibrációs spektroszkópiák lehetőségein. Ide tartoznak az élő biológiai szövet átvilágításával történő mérések és a folyékony biopsziákra alkalmazott szub-µg/ml-érzékenységű fingerprinting eljárás. Az új technika tökéletesebb molekuláris érzékenységet és molekuláris lefedettséget ígér az összetett, valós biológiai és orvosi környezetben végzett mérésekhez.

A budapesti Eötvös Lóránd Fizikai Társulat Krausz Ferenc professzort tiszteletbeli tagjává választotta. A díj átvételét követően a Müncheni Ludwig-Maximilians Egyetem és Max Planck Kvantumoptikai Intézet lézer-fizikusa előadást tartott arról, hogy az attoszekundumos technológiák hogyan alakíthatják a jövőben bizonyos molekulák azonosítását az emberi testfolyadékokban, például vérben. Ez újfajta orvosi alkalmazások sorát alapozhatja meg, amelyek az úgynevezett molekuláris ujjlenyomat elemzésével, impulzusszerű lézerfénnyel való megvilágítás során ismernek fel betegségeket.