APARATURA ZAKUPIONA W RAMACH REALIZACJI PROGRAMU "POLSKIE SZTUCZNE SERCE" - CZĘŚĆ 1

Jednym z aspektów realizacji Programu jest doposażenie wykonawców poszczególnych zadań badawczych w urządzenia badawczo-pomiarowe, niezbędne dla pełnego osiągnięcia założonych celów strategicznych Programu. Począwszy od bieżącego wydania biuletynu prezentujemy wybrane przykłady aparatury zakupionej lub wytworzonej w ramach zaplanowanego budżetu Programu, która jest na bieżąco wykorzystywana w pracach badawczych, a w przyszłości stanowić będzie ważny element powstającej platformy badawczo-technologiczno-wdrożeniowej dla potrzeb kontynuacji badań związanych z opracowywaniem konstrukcji i wdrażaniem do praktyki klinicznej polskich systemów mechanicznego wspomagania serca.

Konfokalny mikroskop laserowy

Skaningowy, konfokalny mikroskop laserowy.

Konfokalny mikroskop laserowy LSM5 EXCITER, wzbogacił zaplecze badawcze Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie. Jest to całkowicie zautomatyzowany estaw z pełną kontrolą ustawień statywu mikroskopu, parametrów pracy laserów oraz płynną regulacją wielkości otwarcia przysłony konfokalnej. Do jego najważniejszych funkcji należy możliwość rejestracji do 6 niezależnych kanałów oraz ich nakładania, opcja MULTITRACKING, umożliwiająca rejestrację pozbawioną zjawiska cross-talk przy nakładających się emisjach, łatwość obsługi rejestracji wielowzbudzeniowych dzięki funkcji REUSE oprogramowania oraz rejestracja procesów szybkozmiennych (dostępne 13 prędkości skanowania, dowolny wybór formatu skanowanego obrazu, skanowanie jedno- lub dwukierunkowe, zapis obrazów dwuwymiarowych z szybkością 5 klatek/sek. przy rozdz. 512 x 512 pikseli, 77 klatek/sek. przy rozdz. 512 x 32 piksele). Mikroskop wykorzystuje oprogramowanie sterujące ZEN 2008 oraz obliczeniowe Axio Vision 4.7.

Wśród przykładowych zastosowań mikroskopu konfokalnego jest analiza 3D komórek oraz tkanek, rejestracja wielokanałowa z pomiarami ilościowymi zjawiska ko lokalizacji, monitorowanie procesów fizjologicznych, np. pomiar rozpływu wapnia, analiza koncentracji jonów czy identyfikacja i pomiar interakcji molekuł np. FRET.

Zakup mikroskopu finansowany był w połowie z budżetu Programu, pozostałe koszty pokryto ze środków własnych IMIM PAN.

Komora glębokiego mrożenia, termocykler i piec do hybrydyzacji

Od lewej:komora glębokiego mrożenia, termocykler i piec do hybrydyzacji

Dla potrzeb wykonywania pełnego profilu badań oceny biologicznej biomateriałów opracowywanych w ramach zadań Programu, Zakład Biofizyki Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej zakupił komorę głębokiego mrożenia SANYO, termocykler PCR oraz piec do hybrydyzacji. Komora głębokiego mrożenia jest zamrażarką, umożliwiającą długotrwałe przechowywanie preparatów biologicznych w temperaturach -70 do -80oC. Wyposażona jest w awaryjny system podtrzymania zadanej temperatury przez kilka godzin w przypadku zaniku zasilania. Termocykler PCR jest urządzeniem do powielania łańcuchów DNA w warunkach laboratoryjnych metodą łańcuchowej reakcji polimerazy, polegającej na sekwencji wielokrotnego podgrzewania i oziębiania próbki. W Programie urządzenie wykorzystywane jest do przygotowania sond molekularnych niezbędnych dla oceny transkryptomu komórek śródbłonka naczyniowego. Uzyskane przy użyciu termocyklera PCR sondy używane są do hybrydyzacji z oligonukleutydami reprezentującymi wybrane geny immobilizowanymi na membranach w formacie mikromacierzy (Oligo GEArray - SABiosciences). Postępowanie to pozwala na ocenę poziomu ekspresji wybranych genów komórek śródbłonka.

Stanowisko badań hydrodynamicznych wraz z hybrydowym modelem układu krążenia

W stanowisko badań hydrodynamicznych wraz z hybrydowym modelem układu krążenia zaopatrzyła się Pracownia Sztucznego Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii. Fizyczne modelowanie procesów hydrodynamicznych zachodzących w układzie krążenia człowieka wspomaganym pompą krwi jest kluczowym elementem projektowania i badań wszystkich typów protez serca. Ogromna złożoność tego typu modelowania wynika z konieczności wiernego odtworzenia warunków hydrodynamicznych panujących w organizmie człowieka. Ze względu na stopień skomplikowania zachodzących procesów, w modelu matematycznym zjawiska te mogą być zasymulowane jedynie z ograniczoną dokładnością, a wielu wypadkach symulacja taka w ogóle nie jest możliwa. W modelowaniu fizycznym szczególny nacisk musi zostać położony na stabilność i powtarzalność jego parametrów oraz łatwość zmian ich wartości podczas przeprowadzania eksperymentu. W różnych ośrodkach na świecie wykorzystywane są fizyczne symulatory układu krążenia o różnej dokładności, wymagające wielogodzinnej obsługi i regulacji parametrów przed rozpoczęciem fazy eksperymentalnej.

Stanowisko badań hydrodynamicznych wraz z hybrydowym modelem układu krążenia

Oryginalnym w skali światowej podejściem do wspomnianego zagadnienia jest koncepcja modelu hybrydowego. Podejście takie zostało zaproponowane przez zespoły prof. Darowskiego (IBIB, Warszawa) oraz prof. Ferrariego (Institute of Biocybernetics Physiology, CNR, Italy). Praktyczną realizacją takiej idei jest unikatowe stanowisko badań hydrodynamicznych wraz z hybrydowym modelem układu krążenia, wykonane w postaci zintegrowanego urządzenia hydromechanicznego, sterowanego komputerem czasu rzeczywistego, opracowane i wytworzone w IBIB, które zakupiła Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii.

Składa się ono z dwóch zasadniczych bloków funkcjonalnych:

• laboratoryjnego, przepływowego stanowiska badań hydrodynamicznych, wyposażonego w przyłącza do montażu protez serca i ich elementów składowych (np. zastawek), systemu czujników i dodatkowego osprzętu mechanicznego
• symulatora układu krążenia, który stanowi programowy model matematyczny, zainstalowany w komputerowym systemie akwizycji danych, pracującym w środowisku czasu rzeczywistego.

Cechą każdego z wyżej wymienionych elementów jest możliwość całkowicie autonomicznej pracy, jako modelu wyłącznie fizycznego lub wyłącznie matematycznego. Każdy z takich modeli jest w pełni funkcjonalny i pozwala na niezależne badanie wybranych aspektów protez serca. O oryginalności i unikalności przedstawionego rozwiązania stanowi możliwość połączenia stanowiska badań hydrodynamicznych i symulatora układu krążenia w jedną, zintegrowaną całość. Powstałe w ten sposób stanowisko badań hydrodynamicznych wraz z hybrydowym modelem układu krążenia cechuje się wyjątkową wartością naukową: łatwość zmian parametrów i stabilność charakterystyczna dla modeli matematycznych została bowiem rozbudowana o możliwość symulacji skomplikowanych zjawisk hydrodynamicznych, możliwych do odtworzenia tylko w modelu fizycznym.

Będące przedmiotem zakupu stanowisko badań hydrodynamicznych wraz z hybrydowym modelem układu krążenia jest unikalną w skali światowej aparaturą badawczą i dotychczas zostało wykonane zaledwie w jednym, prototypowym egzemplarzu.



(W treści wykorzystano materiały nadesłane przez IMIM PAN oraz IIM PŁ)