Naukowcy z PW współtworzą innowacyjną platformę do analizy komórek i cząstek M-BARC

Badacze z Politechniki Warszawskiej uczestniczą w międzynarodowym projekcie M-BARC (Microlaser acoustic sensors for mechanical barcoding of cells and particles). Ma on na celu opracowanie pierwszej na świecie uniwersalnej, nieinwazyjnej i bezznacznikowej platformy mechanicznego kodowania obiektów (mechanical barcoding).

Dzięki połączeniu zintegrowanej fotoniki, akustyki i mikrofluidyki platforma ta pozwoli z dużą czułością odczytywać właściwości mechaniczne mikroskopijnych struktur biologicznych i syntetycznych, w tym komórek i cząstek. 

– Każda komórka, bakteria, zarodek czy organoid ma unikalny mechaniczny „podpis” odzwierciedlający jej strukturę, funkcję i stan fizjologiczny. W projekcie łączymy zintegrowaną fotonikę, lasery mikropierścieniowe, akustykę i mikrofluidykę w kompaktowy układ pomiarowy, który przekształci subtelne odpowiedzi mechaniczne próbki w sygnały optyczne. Tak powstaje „mechaniczny kod kreskowy”, który można dalej analizować ilościowo – mówi dr Muhammad Ali Butt z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych, kierownik projektu z ramienia PW. – Platforma umożliwi pomiar bardzo subtelnych odpowiedzi mechanicznych bez konieczności stosowania znaczników chemicznych ani kontaktu fizycznego z próbką. 

Projekt odpowiada na kluczowe wyzwania społeczne w ochronie zdrowia i rolnictwie. W ciągu 42 miesięcy realizacji projektu platforma sensoryczna zostanie opracowana, zoptymalizowana i sprawdzona eksperymentalnie w trzech obszarach: wspomaganym rozrodzie (zapłodnienie pozaustrojowe, IVF), diagnostyce lekooporności drobnoustrojów oraz badaniach przesiewowych leków w przemyśle farmaceutycznym. Technologia umożliwi ocenę jakości zarodków, identyfikację mechanicznych sygnatur bakterii świadczących o oporności na antybiotyki, pomiar kurczliwości organoidów, nieinwazyjne badania przesiewowe leków oraz analizę zmian właściwości mechanicznych badanych obiektów – zachodzących w toku rozwoju, w przebiegu choroby i w odpowiedzi na leczenie. 

– Projekt może zwiększyć skuteczność procedur IVF dzięki obiektywnej selekcji zarodków, umożliwić szybszą diagnostykę zakażeń wywołanych przez drobnoustroje lekooporne oraz przyspieszyć opracowywanie bezpieczniejszych i bardziej skutecznych leków. Opracowywana platforma może przyczynić się do wcześniejszego rozpoznania choroby, trafniejszych decyzji terapeutycznych, poprawy wyników leczenia pacjentów oraz niższych kosztów opieki zdrowotnej. Poza ochroną zdrowia, technologia ta może również przyczynić się do bardziej zrównoważonej hodowli zwierząt oraz poprawy bezpieczeństwa żywnościowego – tłumaczy dr Muhammad Ali Butt. 

Interdyscyplinarny i międzynarodowy zespół

Projekt realizowany jest przez międzynarodowe konsorcjum skupiające wiodące uczelnie, organizacje badawcze oraz innowacyjnych partnerów przemysłowych: Vrije Universiteit Amsterdam z Holandii (koordynator projektu, nadzór nad całością prac), Politechnika Warszawska (rozwój zintegrowanych technologii fotonicznych), Universitat Rovira i Virgili z Hiszpanii (specjalistyczna wiedza w zakresie integracji fotonicznej, mikrowytwarzania oraz rozwoju urządzeń), Fraunhofer-Gesellschaft z Niemiec (integracja systemów, rozwiązania inżynieryjne oraz walidacja technologii), VetEmbryo ApS z Danii (walidacja platformy na potrzeby wspomaganego rozrodu oraz oceny zarodków), Nostics B.V. z Holandii (walidacja diagnostyki AMR oraz wsparcie procesu transferu technologii) oraz 4DCELL z Francji (walidacja zastosowań sferoidów i organoidów w badaniach przesiewowych leków w przemyśle farmaceutycznym oraz mechanobiologii). Taki dobór partnerów konsorcjum pozwala na ścisłą współpracę środowiska naukowego z przemysłem, wyznaczając jasną ścieżkę do transferu technologii i jej komercjalizacji. 

Prace w ramach projektu zostały podzielone na siedem ściśle powiązanych pakietów roboczych: 

• WP1: opracowanie podstawowej technologii sensorycznej poprzez integrację mikrolaserów, wzbudzania akustycznego oraz mikrofluidyki, z uwzględnieniem walidacji laboratoryjnej, 
• WP2: projektowanie, integracja i optymalizacja prototypowych wersji systemu, obejmujących elektronikę, oprogramowanie, obudowę oraz kompletne demonstratory dla trzech docelowych zastosowań,
• WP3: walidacja technologii na potrzeby wspomaganego rozrodu (IVF) poprzez pomiar właściwości mechanicznych oocytów i zarodków w celu wsparcia obiektywnej oceny zarodków,
• WP4: walidacja technologii do diagnostyki oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe poprzez analizę mechanicznych sygnatur bakterii oraz porównanie jej skuteczności z uznanymi technikami opartymi na spektroskopii Ramana, 
• WP5: walidacja platformy w zakresie badań przesiewowych leków w przemyśle farmaceutycznym poprzez charakteryzację sferoidów i organoidów oraz korelację ich odpowiedzi mechanicznych z funkcją biologiczną, 
• WP6: zwiększenie oddziaływania projektu poprzez działania komunikacyjne i upowszechniające (w tym publikacje naukowe), wykorzystanie wyników oraz zarządzanie własnością intelektualną, 
• WP7: zapewnienie skutecznej koordynacji projektu, właściwego zarządzania w ramach konsorcjum, dochowanie zgodności z zasadami etyki, zarządzanie danymi badawczymi oraz zapewnienie jakości przez cały okres realizacji projektu. 

Politechnika Warszawska, a dokładnie Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych, odpowiada za rozwój zintegrowanych technologii fotonicznych stanowiących podstawę platformy sensorycznej M-BARC, w tym za: projektowanie i modelowanie numeryczne komponentów fotonicznych, optymalizację architektur czujników rezonansowych, wstępną charakteryzację optyczną i walidację urządzeń na poziomie komponentów, a także upowszechnianie wyników projektu poprzez publikacje naukowe, konferencje oraz działania popularyzujące naukę. W projekt zaangażowani są: 

• dr Muhammad Ali Butt, kierownik naukowy naszego zespołu, odpowiedzialny za koordynację działań PW oraz nadzór nad projektowaniem, symulacjami, optymalizacją, strategią wytwarzania i charakteryzacją komponentów fotonicznych, 
• dr inż. Bartosz Janaszek, który wspiera koordynację projektu i działania administracyjne oraz prowadzi modelowanie elektromagnetyczne i symulacje numeryczne zintegrowanych falowodów oraz rezonatorów mikropierścieniowych,
• mgr inż. Marcin Kieliszczyk, odpowiadający za infrastrukturę laboratoryjną oraz informatyczną projektu, w tym opracowanie dedykowanego oprogramowania do automatyzacji procesów laboratoryjnych oraz systemów akwizycji danych, a także za zarządzanie danymi badawczymi wytworzonymi w trakcie trwania projektu. 

Obraz (old)

Zespół Politechniki Warszawskiej zostanie wzmocniony poprzez rekrutację naukowców ze stopniem doktora (postdoctoral researchers) w otwartym, międzynarodowym konkursie. Zatrudnieni w ten sposób badacze wniosą uzupełniające kompetencje w zakresie fotoniki zintegrowanej, elektromagnetyki obliczeniowej, modelowania numerycznego oraz rozwoju czujników optycznych, wspierając realizację naukowych i technicznych celów projektu.

Udział Politechniki Warszawskiej podkreśla rosnącą rolę Uczelni w europejskich badaniach z zakresu fotoniki i nauk biomedycznych, wzmacnia współpracę międzynarodową oraz przyczynia się do rozwoju nowej generacji zintegrowanych fotonicznych technologii sensorycznych, w ten sposób umacniając pozycję naszej Uczelni w europejskim ekosystemie badań naukowych i innowacji.

Ambitne plany na najbliższe 3,5 roku

Projekt oficjalnie rozpoczął się 1 lipca 2026 r. i został zaplanowany na okres 42 miesięcy – jego zakończenie przewidziano na 31 grudnia 2029 r. 

– Do końca projektu planowane jest zakończenie wszystkich prac badawczych, rozwoju technologii, integracji systemów, walidacji w poszczególnych zastosowaniach, działań upowszechniających, wykorzystania wyników oraz zarządzania projektem. Ostateczne demonstratory, raporty z walidacji, plan wykorzystania wyników projektu oraz raport z zarządzania projektem planowo zostaną dostarczone w 42. miesiącu realizacji projektu – zapowiada dr Muhammad Ali Butt, kierownik zespołu z PW. 

Na realizację swoich zadań Politechnika Warszawska otrzymała 1 mln euro z programu Horyzont Europa. Środki pokryją przede wszystkim rozwój, optymalizację i walidację zintegrowanej fotonicznej platformy sensorycznej. Całkowity budżet projektu wynosi około 6,5 mln euro.