Projekti / Programi
Mikrospektroskopska karakterizacija in optimizacija učinka laserskih sunkov na očesni mrežnici
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 7.00.00 |
Interdisciplinarne raziskave |
|
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B120 |
Biomedicinske vede |
Molekularna biofizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
multimodalno molekularno slikanje, fluorescenca, dvofotonska absorpcija, laserske tehnologije, fotokoagulacija, starostna degeneracija rumene pege
Raziskovalci (13)
Organizacije (3)
Povzetek
OZADJE
Starostna degeneracija rumene pege (AMD) je vodilni vzrok slepote v razvitih državah. Običajno se pojavi v starosti in se je ne da preprečiti. Zato se predvideva, da bo do leta 2020 za AMD zbolelo 200 milijonov ljudi po vsem svetu, kar bo predstavljalo veliko družbeno-ekonomsko breme, predvsem za starajočo se prebivalstvo industrializiranih držav.
PROBLEM
Najhujša oblika AMD je posledica nenormalne rasti krvnih žil za mrežnico. Trenutno zdravljenje zajema redne intraokularne injekcije zaviralcev vaskularnih endotelijskih rastnih faktorjev, ki jih je treba redno injicirati vsakih nekaj tednov do konca življenja. Čeprav trenutno zdravljenje učinkovito preprečuje slepoto in pogosto izboljša bolnikov vid, je zelo neprijetno, drago in ga lahko spremlja več zapletov, ki lahko poslabšajo vid.
Obstaja alternativna terapija, ki temelji na termični obdelavi neobičajnega tkiva z vidno lasersko svetlobo, npr. s fotokoagulacijo. Njena glavna pomanjkljivost je slaba lokalizacija foto-inducirane koagulacije in posledična nepotrebna poškodba okoliškega zdravega tkiva.
CILJ
Glavni cilj predlaganega projekta je izboljšati fotokoagulacijsko terapijo z natančnim ciljanjem s posebnim fokusiranim laserskim pulzom in s sočasnim spremljanjem povzročene fotokoagulacije, s čimer bi omejili nesprejemljive poškodbe zdrave mrežnice.
REŠITEV
Boljšo prostorsko omejenost fotokoagulacije bomo dosegli z izkoriščanjem dvofotonske absorpcije močnih laserskih pulzov z valovno dolžino v bližnjem infrardečem področju (NIR) v hemoglobinu. Ta nelinearni proces se zgodi le v najbolj fokusiranem delu žarka, kar omogoča NIR svetlobi, da prehaja ne samo skozi optično prozorno očesno tkivo, ampak tudi skozi plasti zdravih krvnih žil mrežnice in plasti pigmenta melanina, ki ležijo pred nenormalnimi krvnimi žilami AMD.
Isti princip lokalizacije bomo uporabili za diagnostiko pred terapijo in za sprotno ocenjevanje poteka zdravljenja. Po zgledu najnovejših trendov v medicinski diagnostiki bomo uporabili multimodalno molekularno slikanje na osnovi mikrospektroskopije in analize življenjskega časa avtofluorescence mrežnice za identifikacijo lokalnih molekularnih lastnosti tkiva. Nenormalno prisotnost hemoglobina in stopnjo njegove fotokoagulacije bomo ugotavljali iz izmerjene spektralne oblike in življenjskega časa fluorescence.
DOPRINOS (znanstveni, DRUŽBENI, ekonomski)
Pričakujemo, da bomo s predlaganim projektom uvedli nov teranostični pristop, ki temelji na procesu dvofotonske absorpcije in na molekularnem slikanju z inovativnim laserskim virom. S povezavo pridobljenega znanja bomo s podjetjem Optotek, mednarodno priznanim slovenskim podjetjem za laserske medicinske pripomočke, razvili tehnologijo za novo generacijo mikroskopsko vodenih oftalmoloških fotokoagulatorjev. Predvidevamo lahko širše dodatne koristi, ki segajo od manj invazivne in cenejše metode za zdravljenje AMD, izboljšanega javnega zdravja in povečane produktivnosti starajočega se prebivalstva, do novih delovnih mest v izjemno perspektivnem okolju.
Prednosti projektne skupine
Vpleteni partnerji združujejo ogromno različnega znanja, spretnosti in opreme, potrebne za uspešno izvedbo projekta. Glavno znanje Laboratorija za biofiziko iz Instituta "Jožef Stefan" (LBF) je razvoj mikrospektroskopskih tehnik, ki temeljijo na fluorescenci. Optotek d.o.o. je nedavno izumil kompakten, cenovno konkurenčen pulzni laser visoke moči, ki bo služil kot izhodišče za nadaljnji razvoj demonstratorja tehnologije. Slednjega bomo uporabili skupaj z drugimi tehnološkimi rešitvami OD-OS GmbH, nemškega podjetja, specializiranega za lasersko zdravljenje mrežnice. Očesna klinika na Univerzitetnem kliničnem centru (UKC) Ljubljana ter Schepens Eye Research Institute na Harvard Medical School (ZDA) in Vienna Institute for Research in Ocular Surgery (VIROS; Avstrija) bodo redni medicinski svetovalci, ki bodo usmerjali in ocenjevali napredek raziskav iz kliničnega vidika.
Pomen za razvoj znanosti
POMEN ZA RAZVOJ RAZLIČNIH ZNANSTVENIH PODROČIJ IN STROKE
Predlagani projekt se bo osredotočil na uporabo modernih nelinearnih optičnih pojavov za izboljšanje lokalizacije absorpcije laserske svetlobe in s tem zmanjšanje poškodb zdravega tkiva, kot tudi za diagnosticiranje stanja mrežnice pred in med terapijo. Z uporabo in razvojem dveh najnaprednejših mikrospektroskopskih metod (FMS in FLIM) bo
projekt prispeval k možnostim fluorescenčnega molekularnega slikanja v očesu preko združevanja strokovnih kvalitet LBF in UKC.
Uvedba tehnologije diodno črpanih trdninskih laserjev podjetja Optotek prinaša nove priložnosti za razvoj terapevtskih laserskih virov. Pomemben prispevek se pričakuje od razvoja novih programskih orodij za analizo slike in za modeliranje vpliva laserja na tkiva. To bo znatno izboljšalo kontrolo uporabe laserske svetlobe in njenega učinka na tkivo.
Takojšnji učinek projektnih aktivnosti se pričakuje predvsem v mednarodni skupnosti oftalmologov zaradi močne vpletenosti razvojnega in kliničnega osebja UKC, OD-OS, Harvarda in VIROS. Preko mednarodnih strokovnih povezav bomo iskali možnosti uporabe tehnologije pri ostalih neovaskularnih pojavih.
Zaradi izrazito interdisciplinarne narave bo predlagani projekt spodbudil prenos komplementarnih znanj med različnimi znanstvenimi področji. Zato pričakujemo močan vpliv projekta na razvoj področij biofizike, oftalmologije in tehnologije medicinskih pripomočkov.
USKLAJENOST Z RAZISKOVALNO POLITIKO REPUBLIKE SLOVENIJE (RS) IN EU
Predlagani projekt jasno sledi smerem in prednostnim nalogam glavnih dveh strateških dokumentov na področju znanosti, t.j. raziskovalni in inovacijski strategiji RS 2011-2020 (RISS) in Strategije razvoja RS 2014-2020 (SDS).
Zaradi povezovanja zelo pomembnega zdravstvenega problema z novimi biofizikalnimi raziskovalnimi koncepti pričakujemo, da bomo dosegli visoko znanstveno odličnost. Interdisciplinarna narava dela bo pripomogla, da bomo uspeli objaviti članek v reviji, namenjeni objavi kratkih člankov z visokim faktorjem vpliva nad 10.
Pričakujemo povečanje dohodkov javnih raziskovalnih organizacij iz naslova intelektualne lastnine (IP), zaradi česar bodo manj odvisne od javnega financiranja. Predlog spodbuja skupine k zaščiti ustvarjene IP in k dokončanju razvoja z izdelkom v najkrajšem možnem času. Opredeljeni bodo najprimernejši ukrepi za pravno varstvo (patent, poslovna skrivnost, avtorske pravice) ali javno predstavitev rezultatov projekta (prispevek na konferenci, znanstveni članki, sporočila za javnost). Konzorcij se vključuje v mednarodne povezave, saj preučuje možnosti priprave predloga evropskega projekta v okviru programa H2020 znotraj razpisov ICT-KET ali celo FTI.
Projekt bo nudil študentom možnost sodelovanja pri vrhunskih raziskavah in razvoju na področju biofizike, biofizikalnih metod, oftalmologije, optike, fotonskih tehnologij, laserskih tehnologij, itd.
Pomen za razvoj Slovenije
VPLIV NA DRUŽBO IN ZDRAVJE DRŽAVLJANOV
Cilj predlaganega teranostičnega pristopa je manj invazivno zdravljenje AMD (ni ponavljajočih se injekcij) z manjšimi stroški (6 MEUR/leto porabljenih v Sloveniji).
VPLIV NA PODJETJE IN NA SEKTOR FOTONIKE
Z uvedbo prvega diodno črpanega trdninskega laserja za nanosekundnimi pulzi na svetu lahko Optotek poveča globalni tržni delež v okviru obstoječih oftalmoloških pripomočkov iz 15% v letu 2014 na 20% v letu 2020. Na terapevtskem trgu za standardno fotokoagulacijo, ki je 3-krat večji (300 MEUR), pa Optotek cilja na 5% delež v 2023 (trenutno 0%). Skupaj bo to povečalo dodano vrednost na zaposlenega iz 48 kEUR v 2014 na 70 kEUR v letu 2020.
Najpomembneje, predlagani AMD-teranostični sistem odpira povsem nov trg: trenutno je možno zdraviti le 10% primerov AMD (prodaja zdravil 2,4 milijarde EUR v letu 2012 in raste), medtem ko še ni nobene metode zdravljenja za 112 milijonov bolnikov z zgodnjim stadijem AMD. Ta aplikacija tako predstavlja daleč največji potencial za podjetje (ocenjen trg )400 MEUR), ki bi lahko povečala dodano vrednost na zaposlenega na 100 kEUR v letu 2022.
Pričakuje se tudi, da bo nov AMD-teranostični sistem odprl nov segment pametnih diagnostičnih/terapevtskih sistemov za uporabo v oftalmologiji in drugih medicinskih področjih, okrepil R&R dejavnosti in naložbe v podjetju ter odprl nova delovna mesta in privabil najboljše študente.
V naslednjih 10 letih je zato pričakovati 100-kratno donosnost naložb Optoteka (25%) in ARRS (75%).
USKLAJENOST S POLITIKO REPUBLIKE SLOVENIJE (RS) IN EU
Nov teranostični pristop je usklajen s 1. prednostno osjo (PA) Strategije razvoja RS 2014-2020 (SDS) ("Konkurenčno gospodarstvo") in 1. PA Operativnega programa RS 2014-2020 (OP) ("Mednarodna konkurenčnost raziskav, inovacij in tehnološkega razvoja"). Priložnosti za razvoj kadrov zaradi povečanih naložb v R&R ter pretok znanja med javnimi raziskovalnimi ustanovami in podjetji je usklajen z 2. PA SDS ("Znanje in zaposlovanje") in 10. PA OP ("Znanje, spretnosti in vseživljenjsko učenje za izboljšanje zaposljivosti"). Predlog je v skladu s konceptom vrednostnih verig (Strategija pametne specializacije RS 2014-2020, prednostno področje "P-Industrija 4.0", podpodročje "Medicina" & "Pametne tovarne").
USTREZNOST NAČRTOVANIH AKTIVNOSTI RAZŠIRJANJA ZNANJA IN VARSTVA INTELEKTUALNE LASTNINE
Nadzorni odbor bo ocenjeval potencial komercializacije rezultatov za njihovo pravno zaščito ali javno predstavitev. Pričakujemo dve mednarodni patentni prijavi, ki jih bosta vodila Optotek in Center za prenos tehnologij IJS. Za potencialno dobičkonosne rezultate bosta Optotek in OD-OS ocenila velikost trga in stroške trženja, vključno s kliničnimi testi. Optotek in UKC bosta raziskala možnosti za validacijo tehnologije v realnem okolju in opredelila druge aplikacije tehnologije. Demonstratorji bodo predstavljeni na oftalmoloških sejmih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
