12 kwietnia 2024 roku przyznano po raz 21. Nagrody Miasta Gdańska dla Młodych Naukowców im. Jana Uphagena. Jednym z dwojga laureatów został dr n. med. Karol Steckiewicz, który opowiedział nam o swojej pasji do nauki.
Przemysław Kozłowski: - Otrzymał Pan w tym roku Nagrodę Miasta Gdańska dla Młodych Naukowców za wybitne osiągnięcia w zakresie nanomedycyny, opieki około operacyjnej i intensywnej terapii. Czy to znaczy, że w tych trzech, tak różnych dziedzinach prowadzi Pan badania naukowe?
Dr Karol Steckiewicz: - Moja działalność badawcza rozpoczęła się już w czasie studiów, kiedy zajmowałem się badaniami z zakresu nanomedycyny. Początkowo badałem, jak właściwości powierzchni nanocząstek wpływają na ich właściwości biologiczne, czyli jak właściwości fizyczne i chemiczne ich powierzchni przekładają się na interakcję z komórkami. Później, w miarę mojego rozwoju zawodowego, moje zainteresowania rozszerzyły się o medycynę kliniczną. Obecnie zajmuję się również badaniami naukowymi w zakresie anestezjologii i intensywnej terapii. Chociaż są to dwa odrębne nurty badawcze, wiedza z nauk podstawowych jest bardzo przydatna w medycynie klinicznej. Metodologia prowadzenia badań oraz pewne zasady, którymi kierujemy się w nauce, są wszędzie takie same. Ponadto spojrzenie na badania w medycynie klinicznej z perspektywy osoby, która spędziła wiele godzin w laboratorium, daje inną, bardzo korzystną perspektywę.
A obecnie nad czym pracuje Pan naukowo?
- Jednym z aspektów mojej pracy badawczej jest wykorzystanie nanocząstek metali szlachetnych, głównie złota i srebra, jako nośników leków. Oznacza to, że nanocząstki te mogą działać jako transportery, które sprawiają, że leki, które już stosujemy, zyskują nowe, korzystniejsze właściwości. Badamy zastosowanie nanocząstek w leczeniu chorób zapalnych przyzębia oraz nieswoistych zapaleń jelit. Drugim aspektem mojej pracy badawczej są badania mające na celu optymalizację opieki nad pacjentami w okresie okołooperacyjnym oraz nad pacjentami leczonymi na oddziałach intensywnej terapii.
Zatem nanocząstki metali szlachetnych, jako nośniki leków, a nie lecznicze wykorzystanie srebra i złota?
- Zarówno srebro, jak i złoto mają korzystne właściwości. Srebro przede wszystkim wykazuje działanie przeciwbakteryjne, natomiast złoto ma właściwości przeciwzapalne. Właściwości obu tych metali są znane od wielu lat. My jednak korzystamy z nich w innej formie - stworzyliśmy nowe, unikatowe połączenie, które obecnie badamy i rozwijamy.
Czyli dwa w jednym - zarówno nośniki, jak i właściwości lecznicze metali szlachetnych?
- Liczymy na efekt synergistyczny wynikający z połączenia nanocząstki o określonych właściwościach z lekiem, którego działanie również jest nam dobrze znane. Udowodniliśmy naukowo, że takie połączenie jest znacznie skuteczniejsze niż stosowanie tych substancji oddzielnie.
Jak czytałem, wielkie nadzieje wiąże się z nanomedycyną, czyli wykorzystaniem cząstek o średnicy kilku nanometrów (mniej niż szerokość ludzkiego włosa) - że zrewolucjonizuje ona leczenie różnych poważnych chorób. Rozwój badań przyspieszył podobno podczas pandemii COVID-19. Na jakim etapie zatem jesteśmy?
- Nie lubię słowa „rewolucja” w nauce, ponieważ nauka w dużej mierze jest ewolucją. Jestem bardzo ostrożny, jeśli chodzi o wyciąganie bardzo poważnych wniosków. Oczywiście nanomedycyna jest przyszłościową gałęzią, ale nie umiem uczciwie powiedzieć, że będzie to rewolucja. Na pewno jest to stosunkowo młoda dziedzina nauki, która intensywnie się rozwija, więc myślę, że możemy wiązać z nią nadzieje.
A w leczeniu jakich chorób jest już wykorzystywana?
- Obecnie w medycynie klinicznej wykorzystuje się nanocząstki, ale nie są to nanocząstki metali, lecz głównie nanocząstki lipidowe, stosowane jako nośniki leków. Na przykład lek przeciwgrzybiczy amfoterycyna B może być zamknięty w liposomie, co pozwala mu uzyskać inne właściwości w zakresie penetracji tkanek. Podobną technologię wykorzystano również w szczepionkach przeciwko SARS-CoV-2.
A tak szybkie opracowanie szczepionek w czasie pandemii nie był małą rewolucją?
- Szybko - w kontekście od poznania patogenu do wytworzenia szczepionki. Natomiast musimy pamiętać, że zarys koncepcyjny powstał jeszcze w ubiegłym wieku. Jest to przykład tego, jak nauka potrafi się zaadaptować do zmieniającej się rzeczywistości i wywierać na nią znaczący wpływ. Myślę, że wszyscy się zgodzimy, że szczepienia są istotną metodą profilaktyki, która znacząco wpływa na to, jak wygląda nasz dzisiejszy świat.
Uzyskał stopień doktora przed ukończeniem studiów. Pierwszy taki student GUMed
Czyli podjął pan kolejny temat badań po pracy doktorskiej, obronionej jeszcze w trakcie studiów trzy lata temu? Tematem pracy był „Wpływ modyfikacji mikrocząstek i nanocząstek na ich aktywność cytotoksyczną i właściwości przeciwbakteryjne w badaniach in vitro”.
- To jest pewna ewolucja tego tematu, ponieważ również zajmowałem się nanocząstkami. Prowadząc badania do doktoratu, wraz z zespołem opisaliśmy i zrozumieliśmy, jak możemy wpływać na właściwości naszych nanocząstek oraz jak je modyfikować. Ustaliliśmy, które konkretne rodzaje nanocząstek będą najefektywniejsze z punktu widzenia naszych późniejszych zastosowań. Wykorzystaliśmy te ustalenia do stworzenia nowego projektu. Na podstawie dowodów naukowych, które stanowiły m.in. podstawę uzyskania przeze mnie stopnia doktora, stworzyliśmy nowe rodzaje nanocząstek, które obecnie dalej rozwijamy.
Czyli pracuje pan w zespole?
- Nanotechnologia to dziedzina wybitnie interdyscyplinarna. Bardzo aktywnie współpracuję z naukowcami z mojej macierzystej uczelni. Jednak żaden projekt nie powstałby bez wiedzy i zaangażowania chemików, mikrobiologów oraz ekspertów z zakresu mikroskopii elektronowej. Czasami wykorzystujemy specyficzne metody badawcze, którymi zajmuje się tylko kilka osób w skali kraju. Nie sposób wymienić ich wszystkich. Dzięki interdyscyplinarności naszych badań możemy szeroko wymieniać się doświadczeniami z innymi naukowcami, co jest ogromną wartością dodaną i sprzyja tworzeniu ciekawych projektów badawczych.
Czy badania, które przeprowadziliście, mają już przełożenie w medycynie klinicznej?
- Nie. Od pierwszych badań w laboratorium do wdrożenia jakiegoś preparatu do medycyny klinicznej jest bardzo długa droga i, realnie mówiąc, charakteryzuje się bardzo niskim wskaźnikiem sukcesu. Obecnie jesteśmy na etapie, w którym badamy część uzyskanych nanocząstek, mających najbardziej korzystne właściwości, używając modeli zwierzęcych. Nie wszystkie informacje, które chcielibyśmy uzyskać, można zdobyć na podstawie modeli komórkowych. Rozwój nowych substancji o potencjale leczniczym niestety zakłada wykorzystanie zwierząt laboratoryjnych, aby potwierdzić pewne założenia.
A co chcecie z zespołem osiągnąć przez te badania?
- Najbardziej obiecujące, przynajmniej w tej chwili tak mi się wydaje, jest wykorzystanie nanocząstek jako preparatów do stosowania miejscowego w chorobach zapalnych przyzębia. Na przykład jako płukanka do ust lub preparat nakładany na dziąsła. Jednak to jest czysta spekulacja i bardzo dalekie patrzenie na przyszłość.
Można się pokusić o przedział czasowy zakończenia badań?
- Aż tak spekulować nie możemy. Nauka uczy pokory.
Jednak nie samą nauką Pan żyje. Łączy Pan pracę naukową z praktyką lekarską.
- Tak, w pełnym wymiarze pracuję w szpitalu, w Klinice Anestezjologii i Intensywnej Terapii Uniwersyteckiego Centrum Klinicznego. Obecnie nauką zajmuję się głównie w czasie wolnym, traktując to jako hobby.
Ale nie finansuje Pan sam tych badań, jak hobby?
- Nie, na te badania mamy finansowanie w zdecydowanej większości z Narodowego Centrum Nauki. Gdański Uniwersytet Medyczny również częściowo wspiera realizację projektów ze środków własnych.
A jak wygląda proces badań naukowych?
- Najpierw pojawia się pomysł. Następnie omawiamy go w zespole, co jest pierwszym momentem weryfikacji, czy nasz pomysł jest wykonalny. Ponieważ nie jestem chemikiem, nie mam pełnej wiedzy, czy wszystko, co zaprojektuję, da się realnie stworzyć. Koncepcja może być słuszna, ale prawa chemii są nieubłagane i pewnych połączeń nie da się zrealizować. Gdy już ustalimy, że dana substancja może potencjalnie istnieć, nasi koleżanki i koledzy chemicy próbują ją stworzyć. Jeśli im się to uda, dokładnie ją opisują, ponieważ musimy wiedzieć, jak te nanocząstki zachowują się w różnych roztworach, które będziemy później wykorzystywać.
Kiedy już znamy nanocząstki i wiemy, że są stabilne, możemy je dalej badać. Dobieramy model badawczy w zależności od tego, jaka jest teza – co nanocząstki mają robić. Na początku jest to bardzo prosty model, taki jak komórki bakteryjne, jeśli oceniamy właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Możemy hodować komórki człowieka i sprawdzić cytotoksyczność, lub inne potencjalnie korzystne właściwości.
W ten sposób zbieramy dane z wielu eksperymentów, co jest bardzo żmudną pracą laboratoryjną i na tej podstawie powoli tworzy się jakiś obraz. Niektóre substancje szybko odpadną z tego "wyścigu", ponieważ mogą być toksyczne lub nie będą miały pożądanych właściwości. Próbujemy, aż znajdziemy substancje o potencjalnie korzystnych właściwościach. Wtedy dokładniej je charakteryzujemy, analizujemy ich bezpieczeństwo i szczegółowo opisujemy ich właściwości.
Dopiero gdy mamy dużo danych, które pozwalają postawić dobrze popartą tezę, że te nanocząstki mają potencjał aplikacyjny, zaczynamy badania na zwierzętach. Sprawdzamy wtedy, czy wyniki uzyskane w prostych modelach przełożą się na bardziej skomplikowany organizm. Każdy moment przejścia, np. z badań na liniach komórkowych do modeli zwierzęcych, jest ryzykowny i trudny, ponieważ może się okazać, że właściwości, które wykazaliśmy nie potwierdzą się. Wchodzimy z relatywnie prostego modelu w organizm dużo bardziej złożony, gdzie nie możemy skupić się tylko na jednym procesie, lecz musimy uwzględnić cały organizm. Jeśli badania na zwierzętach są obiecujące, wtedy możemy myśleć o badaniach na ludziach. To jednak zupełnie inna historia.
Nie może się pan doczekać badań na ludziach?
- Myślę, że szanse na to, że się doczekam, są nikłe. Zresztą wydaje mi się, że polscy naukowcy nie posiadają zbyt wielu patentów na nowe substancje używane w medycynie klinicznej.
A ile godzin Pan poświęca na pracę naukową?
- Nie liczę tego. To daje mi dużą wolność. Poświęcam tyle czasu, ile mogę i ile mam ochoty. Spędzam jednak nad tym wiele godzin, co przynosi mi ogromną satysfakcję.
Nie myślał Pan, żeby zająć się tylko nauką? Czy pasja lekarska jest też na tyle silna, że chce Pan to łączyć?
- Medycyna kliniczna daje mi bardzo dużo satysfakcji. Zanim zdecydowałem się na pracę w szpitalu, rozważałem możliwość poświęcenia się wyłącznie nauce. Uważam jednak, że model pracy, który przyjąłem, jest dla mnie optymalny.
Podobno już w liceum przeprowadzał Pan badania naukowe?
- Rzeczywiście, pierwszą pracę badawczą napisałem na olimpiadę z biologii w liceum – były to badania na modelu fasoli zwyczajnej. Kiedyś próbowałem odnaleźć tę pracę na potrzeby pewnej rozmowy, ale na szczęście zaginęła w czeluściach mojego komputera i dobrze, żeby tam pozostała. Pracę naukową rozpocząłem na pierwszym roku studiów, dołączając do zespołu pani profesor Iwony Inkielwicz-Stępniak, która obecnie kieruje Katedrą Patofizjologii Farmaceutycznej GUMedu. Wtedy zaczęliśmy prowadzić badania z zakresu nanomedycyny, w których realizuję się naukowo do dziś.
Po zakończeniu studiów i rozpoczęciu pracy zawodowej dołączyłem do zespołu Kliniki Anestezjologii i Intensywnej Terapii, kierowanej przez profesora Radosława Owczuka. Wspólnie z Profesorem rozwijamy badania naukowe z zakresu medycyny klinicznej, bardziej praktycznej dziedziny, gdzie wyniki badań mają większe szanse na przełożenie się na codzienną praktykę.
Czy od serwisów społecznościowych można się uzależnić? Rozmowa z psycholożką dr Julią Balcerowską
Nad czym pracujecie?
- Pacjenci na oddziale intensywnej terapii często cierpią z powodu niewydolności wielonarządowej. Jednym z narządów, z którego dysfunkcja często się mierzymy, są nerki. Czasami stosujemy techniki mające na celu zastąpienie funkcji tego narządu. Interesuje mnie, jak ciągła terapia nerkozastępcza wpływa na efekt działania niektórych leków, szczególnie tych mających bezpośrednie przełożenie kliniczne.
Drugim obszarem mojej pracy jest optymalizacja opieki nad pacjentem w okresie okołooperacyjnym, aby była ona jak najbardziej bezpieczna i komfortowa. Na przykład prowadziliśmy badania dotyczące przedoperacyjnego głodzenia pacjentów. Wiemy, że przed operacją nie można jeść ani pić, ale okresy te, ze względów organizacyjnych, są często dłuższe niż bezwzględnie konieczne. Człowiek nie jest stworzony do bycia głodzonym, zwłaszcza przed nadchodzącym urazem, takim jak operacja. Sprawdzaliśmy, czy stosowane preparaty do przygotowania przedoperacyjnego wpływają na ilość wody w organizmie i jej rozłożenie między przestrzenią wewnątrz- i zewnątrzkomórkową.
Czyli te badania są przekładane na praktykę?
- Zdecydowanie badania te mają większe szanse na przełożenie się na praktykę kliniczną. Jednak, aby coś miało realne i bezpieczne zastosowanie w praktyce, efekt musi być potwierdzony w kilku badaniach wieloośrodkowych. Musimy wziąć pod uwagę wiele potencjalnych zmiennych, które mogły nieświadomie wpłynąć na wynik naszych badań. Dlatego, aby wprowadzić zmianę w praktyce klinicznej, potrzebne są silne dowody naukowe z badań wieloośrodkowych na dużej populacji pacjentów. Takie badania są jednak trudne logistycznie.
Które z dotąd przeprowadzonych badań sprawiły Panu największą satysfakcję - że się udało?
- Osobiście czerpię satysfakcję z poszerzania horyzontów wiedzy. Na przykład, jeśli chodzi o wspomniane wcześniej przygotowanie przedoperacyjne za pomocą napoju wysoko węglowodanowego, mówiło się o dwóch efektach. Jeden to efekt metaboliczny, którym się nie zajmowaliśmy, ponieważ jest już dobrze udowodniony. Natomiast drugi efekt, sugerowany jako poprawiający „nawodnienie”, nie okazał się prawdą. To jest ciekawa informacja, absolutnie nie dyskredytująca tego postępowania, które jest udokumentowane jako korzystne. Jednak dokłada to kolejną cegiełkę, na podstawie której buduje się pełniejszy obraz.
