Przypadkowe spotkanie w pociągu do Poznania na V Środkowoeuropejskie Forum Technologiczne CETEF26 stało się okazją do rozmowy o niezwykłych możliwościach polskiej nanotechnologii. Z prof. Witoldem Łojkowskim z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN rozmawiałam o opracowanej przez jego zespół technologii wytwarzania nanohydroksyapatytu, obiecujących wynikach regeneracji kości u zwierząt oraz przeszkodach utrudniających wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań na rynek. To była także rozmowa o potrzebie zmiany sposobu finansowania nauki i budowania trwałych relacji między naukowcami a przedsiębiorcami.
Nanotechnologia otwiera nowe możliwości
Instytut Wysokich Ciśnień PAN jest placówką o wyjątkowych kompetencjach naukowych. Przez wiele lat Pan Profesor kierował laboratorium nanostruktur, a czym w tej chwili się Pan zajmuje?
Przez 30 lat kierowałem laboratorium nanostruktur. w tej chwili przekazałem kierowanie zespołem mojej byłej doktorantce, dr Urszuli Szałaj, ale przez cały czas uczestniczę w jego pracach.
Około 20 lat temu, dzięki udziałowi w europejskiej sieci współpracy COST, zainteresowałem się wykorzystaniem mikrofal, ultradźwięków i wysokich ciśnień do syntezy nanomateriałów. Są to materiały o strukturach, których rozmiary mierzymy w nanometrach, czyli miliardowych częściach metra.
Zmniejszenie rozmiaru cząstek może zasadniczo zmieniać adekwatności materiału. To otwiera zupełnie nowe możliwości technologiczne.
Mówi się, iż materiały są podstawą rozwoju cywilizacji. Czy nanotechnologia rzeczywiście może zmienić sposób ich wykorzystywania?
Zdecydowanie tak. Richard Feynman, wybitny fizyk i laureat Nagrody Nobla, już w 1959 roku wskazywał, iż w świecie bardzo małych rozmiarów otwierają się ogromne możliwości. Dotychczas adekwatności materiałów regulowano przede wszystkim przez zmianę składu chemicznego, struktury czy odpowiednią obróbkę. Tymczasem okazuje się, iż samo zmniejszenie rozmiaru cząstek może nadawać materiałom nowe adekwatności. W naszym laboratorium opracowaliśmy technologię syntezy nanokrystalicznego hydroksyapatytu, materiału występującego naturalnie w kościach ludzi i zwierząt.
Materiał, który może wspomagać odbudowę kości
Co sprawia, iż hydroksyapatyt jest tak interesujący z punktu widzenia medycyny?
Hydroksyapatyt jest mineralnym składnikiem kości. W połączeniu z kolagenem tworzy strukturę, która jest jednocześnie wytrzymała, sprężysta i odporna na pękanie. Kości mają niezwykłą zdolność regeneracji. Organizm dysponuje komórkami, nazywanymi osteoblastami, które uczestniczą w tworzeniu nowej tkanki kostnej. Problem pojawia się wtedy, gdy złamanie jest bardzo rozległe, kość zostaje pogruchotana albo brakuje jej fragmentów. W takich przypadkach naturalne procesy regeneracyjne mogą okazać się niewystarczające. Stosuje się wówczas specjalne rusztowania, określane jako scaffoldy, które pomagają komórkom odbudowywać uszkodzoną tkankę.
Czy opracowany przez Państwa materiał może zwiększyć skuteczność takiej regeneracji?
Właśnie nad tym pracujemy. Nasza technologia pozwala otrzymywać cząstki hydroksyapatytu o bardzo precyzyjnie kontrolowanych rozmiarach. Możemy regulować ich średnią wielkość z dokładnością do nanometra. To bardzo istotne, ponieważ wielkość cząstek wpływa na adekwatności materiału, w tym na jego powierzchnię adekwatną i szybkość rozpuszczania.
Dla zobrazowania skali: jeden gram bardzo drobnych nanocząstek może mieć powierzchnię przekraczającą 200 metrów kwadratowych. Naszym celem jest otrzymywanie materiałów o adekwatnościach zbliżonych do mineralnych składników naturalnej kości.
W jaki sposób powstają tak precyzyjnie kontrolowane nanocząstki?
Opracowaliśmy specjalne reaktory mikrofalowe, które można obrazowo porównać do połączenia szybkowaru z kuchenką mikrofalową. Reakcje przebiegają pod wysokim ciśnieniem, przy bardzo dokładnej kontroli temperatury i czasu. Dzięki mikrofalom możemy niezwykle gwałtownie nagrzewać i chłodzić reagujące substancje.
Współpracowaliśmy przy budowie tych urządzeń z Instytutem Technologii Eksploatacji w Radomiu, należącym w tej chwili do Sieci Badawczej Łukasiewicz. Dysponujemy już reaktorami o skali umożliwiającej rozpoczęcie produkcji doświadczalnej. Technologia jest opatentowana przez Instytut.
Obiecujące wyniki badań na zwierzętach
Na jakim etapie znajdują się badania nad wykorzystaniem tego materiału do regeneracji kości?
Ważnym etapem była kooperacja międzynarodowa z zespołem łotewskim, realizowana w ramach projektu ERA-NET. Badaliśmy możliwość wykorzystania rusztowań przeznaczonych do regeneracji tkanki kostnej, pokrytych naszymi nanocząstkami hydroksyapatytu. W doświadczeniach na królikach porównywano proces odbudowy kości przy zastosowaniu rusztowań pokrytych nanocząstkami i rusztowań bez takiej powłoki. Po trzech miesiącach zaobserwowano znacznie lepszą regenerację kości w przypadku materiałów pokrytych nanohydroksyapatytem. Badania histopatologiczne wykazały dobrą jakość odbudowanej tkanki oraz korzystne reakcje organizmu.
To musiał być przełomowy moment dla zespołu naukowców zajmujących się wcześniej głównie fizyką materiałów.
Ogromny. Przez lata badaliśmy adekwatności fizyczne materiałów, a tutaj po raz pierwszy obserwowaliśmy ich oddziaływanie na żywy organizm. Było to dla nas również duże wyzwanie etyczne. Wiedzieliśmy, iż eksperymenty na zwierzętach wymagają szczególnej odpowiedzialności. Zależało nam na takim zaplanowaniu badań, aby uzyskać wiarygodne wyniki i nie zmarnować poświęcenia zwierząt.
Kiedy okazało się, iż kość rzeczywiście się regeneruje, było to dla całego laboratorium niezwykłe wydarzenie.
Wyniki tych doświadczeń znalazły już praktyczne zastosowanie?
Rozwijamy w tej chwili zastosowania weterynaryjne. Dzięki współpracy z lekarzami weterynarii nasze materiały są wykorzystywane w wybranych przypadkach leczenia zwierząt. Dostarczamy je nieodpłatnie, a w zamian otrzymujemy informacje o efektach leczenia. Mamy przypadki bardzo poważnych uszkodzeń kości, w których rokowania były wyjątkowo niekorzystne. Rozważano choćby amputację kończyny lub eutanazję zwierzęcia. Tymczasem po zastosowaniu materiału obserwowano bardzo dobrą regenerację. Zwierzęta odzyskiwały sprawność.
To niezwykle satysfakcjonujące. Na konferencjach naukowych inni badacze pokazują wykresy i zestawienia wyników, a ja mogę pokazać zdjęcie zrośniętej kości. Oczywiście przez cały czas potrzebujemy badań, które pozwolą dokładniej zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za obserwowane efekty.
Dlaczego technologia nie trafiła jeszcze na rynek? Skoro wyniki są tak obiecujące, co stoi na przeszkodzie, aby materiał wykorzystywano również w leczeniu ludzi?
Droga do zastosowań klinicznych jest znacznie bardziej skomplikowana. Dzięki projektowi infrastrukturalnemu, realizowanemu we współpracy z Warszawskim Uniwersytetem Medycznym i finansowanemu ze środków Mazowsza oraz Unii Europejskiej, rozbudowaliśmy infrastrukturę produkcyjną. Wdrożyliśmy również odpowiednie procedury jakościowe i przeprowadziliśmy komplet badań biozgodności materiału.
To ogromna praca organizacyjna. Dokumentacja obejmuje około 160 procedur. Wszystkie etapy produkcji muszą być kontrolowane i możliwe do odtworzenia. Badania biozgodności przyniosły pozytywne wyniki. Jednak nie oznacza to jeszcze dopuszczenia materiału do stosowania klinicznego u ludzi.
Co zatem jest największą przeszkodą?
Zmiany w europejskich regulacjach dotyczących wyrobów medycznych. Wcześniej zakładaliśmy możliwość wykorzystania porównania naszego materiału z produktem już dopuszczonym do zastosowań klinicznych. Obecnie, w naszej sytuacji, konieczne jest przeprowadzenie pełnych badań klinicznych. To wymaga znacznych nakładów finansowych i odpowiedniego zaplecza organizacyjnego. Dlatego poszukujemy przedsiębiorców lub inwestorów, którzy chcieliby wspólnie z nami przeprowadzić ten proces i doprowadzić do wprowadzenia technologii na rynek medyczny.
A zatem naukowcy opracowali technologię, ale do jej wdrożenia potrzebują partnera biznesowego?
Tak. To w tej chwili jedno z naszych najważniejszych zadań. W przypadku weterynarii jesteśmy już na etapie poszukiwania odpowiedniego dystrybutora, najlepiej działającego na rynkach międzynarodowych. Musimy jednak bardzo starannie wybrać partnera. Niewłaściwa strategia dystrybucji mogłaby zaszkodzić przyszłości całego przedsięwzięcia.
Naukowiec musi nauczyć się rozumieć przedsiębiorcę
Czy polscy naukowcy są przygotowani do prowadzenia negocjacji z biznesem?
To wymaga zupełnie innego sposobu myślenia. Naukowiec i przedsiębiorca funkcjonują w odmiennych warunkach. jeżeli laboratorium nie otrzyma kolejnego grantu, może ograniczyć działalność. Natomiast przedsiębiorca, który podejmie nietrafioną decyzję inwestycyjną, może doprowadzić firmę do bankructwa.
Trzeba zrozumieć tę odpowiedzialność. Podczas pobytu w Niemczech uczestniczyłem w sieci współpracy NanoMat, w której regularnie spotykali się naukowcy i przedsiębiorcy. Rozmawialiśmy, słuchaliśmy prezentacji, wspólnie jedliśmy posiłki. W ten sposób poznawaliśmy wzajemne potrzeby i uczyliśmy się budowania zaufania. To bardzo ważne, ponieważ skuteczna kooperacja nie polega wyłącznie na podpisaniu umowy.
A zatem potrzebni są specjaliści, którzy potrafiliby połączyć świat nauki ze światem biznesu?
Zdecydowanie tak. Kiedyś uczestniczyłem w dyskusji w Szwajcarii, podczas której wskazywano, iż taką rolę mogliby pełnić doświadczeni przedsiębiorcy, którzy zakończyli już aktywną działalność zawodową. Mają wiedzę, praktykę i mogą pomagać naukowcom w podejmowaniu decyzji biznesowych. Problem polega na tym, iż pojedynczy instytut PAN, zatrudniający kilkaset osób, często nie ma środków na utrzymywanie profesjonalnego zespołu zajmującego się komercjalizacją. Być może Polska Akademia Nauk mogłaby stworzyć wspólne zaplecze eksperckie dla swoich instytutów. Pozwoliłoby to rozłożyć koszty i skuteczniej wspierać wdrażanie opracowanych technologii.
System finansowania nauki wymaga zmian
Wspomniał Pan Profesor o problemach z pozyskiwaniem grantów. Czy obecny system finansowania badań sprzyja rozwojowi innowacji?
Nie zawsze. Przygotowaliśmy projekt dalszych badań nad regeneracją kości, który miał być realizowany we współpracy ze specjalistami ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego. Chcieliśmy dokładniej zbadać mechanizmy oddziaływania nanohydroksyapatytu na proces odbudowy tkanki kostnej. Niestety zabrakło nam pół punktu, aby otrzymać finansowanie. Jeden z recenzentów argumentował, iż hydroksyapatyt jest materiałem znanym od dawna. Tymczasem istotą naszych badań są szczególne adekwatności nanocząstek o precyzyjnie kontrolowanych rozmiarach. To pokazuje, jak ważna jest adekwatna ocena projektów naukowych.
Jaki powinien być model finansowania badań o dużym potencjale wdrożeniowym?
Uważam, iż powinniśmy myśleć bardziej długofalowo. Można sobie wyobrazić program, w którym finansowanie otrzymuje początkowo dziesięć projektów. Po roku lub dwóch następuje merytoryczna ocena ich postępów. jeżeli dwa projekty nie rokują, środki można przesunąć do pozostałych przedsięwzięć. W ten sposób po kilku kolejnych etapach finansowania można doprowadzić najbardziej perspektywiczne technologie do rzeczywistych wdrożeń. Potrzebujemy programów trwających choćby dziesięć lat, a nie wyłącznie krótkich projektów, po których zakończeniu zespoły ponownie muszą szukać środków. Ważna byłaby także ocena prowadzona przez niezależnych ekspertów, przed którymi naukowcy mogliby bezpośrednio prezentować swoje osiągnięcia i odpowiadać na pytania.
Polska potrzebuje długofalowej wizji rozwoju nauki
Czy zagraniczne uczelnie mogą być dla nas przykładem skutecznego łączenia badań naukowych z przedsiębiorczością?
Tak. Podczas jednego z organizowanych przeze mnie spotkań poświęconych komercjalizacji technologii przedstawiciel brytyjskiego środowiska akademickiego opowiadał, jak rozwijano system tworzenia przedsiębiorstw wywodzących się z uczelni. Początkowo powstawała jedna firma rocznie, a po około dziesięciu latach systematycznej pracy udało się osiągnąć znacznie większą skalę. Najważniejsze było jednak to, iż za tymi działaniami stała długofalowa wizja. Uczelnia chciała znaleźć się w światowej czołówce, a kooperacja z przedsiębiorstwami była jednym ze sposobów realizacji tego celu.
Czy taki model można wprowadzić w Polsce?
Można, ale wymaga to zmiany sposobu myślenia całych środowisk akademickich. Strategia rozwoju uczelni nie powinna zmieniać się wraz z każdymi wyborami rektora. Potrzebujemy wizji na dziesięć czy dwadzieścia lat, konsekwentnie realizowanej przez kolejnych liderów. Trzeba również ograniczyć biurokrację. Naukowcy poświęcają ogromną ilość czasu w procedury administracyjne, kontrole i rozliczenia. Oczywiście środki publiczne muszą być wydawane zgodnie z prawem, ale system powinien przede wszystkim umożliwiać realizację wartościowych przedsięwzięć.
A zatem podstawowe pytanie brzmi: co chcemy osiągnąć dzięki finansowaniu polskiej nauki?
Dokładnie. Musimy wiedzieć, czy naszym celem jest rozwijanie technologii, budowanie konkurencyjności i tworzenie nowych przedsiębiorstw, czy jedynie realizowanie kolejnych procedur. Polska ma znakomitych naukowców i wiele wartościowych technologii. Potrzebujemy jednak systemu, który pozwoli skuteczniej wykorzystywać ten potencjał.
Panie Profesorze, dziękuję za niezwykle interesującą rozmowę. Mam nadzieję, iż opracowana przez Państwa technologia znajdzie partnerów biznesowych i będzie mogła służyć nie tylko zwierzętom, ale w przyszłości również ludziom. Będziemy śledzić dalsze losy tego przedsięwzięcia.
Rozmawiała Jolanta Czudak-Tomaka
