Naukowcy prowadzili badania nad agregatami białkowymi, tzw. amyloidami: strukturami, które powstają w procesie powolnego odkładania złogów i prowadzą do tego, że komórka przestaje prawidłowo funkcjonować. Są one również związane z rozwojem takich neurodegeneracyjnych chorób mózgu, jak np. choroba Alzheimera, Parkinsona czy Creutzfeldta-Jakoba, znana również jako „choroba wściekłych krów”.
Okazało się, że w trakcie naświetlania fibryli amyloidowych krótkimi, femtosekundowymi impulsami światła laserowego (100 femtosekund to 0,0000000000001 s), występują w nich niespodziewanie silne optyczne efekty nieliniowe polegające na jednoczesnym pochłonięciu przez fibryl dwóch lub więcej fotonów. Odkrycie to może mieć znaczenie dla diagnostyki i leczenia wspomnianych chorób mózgu przy użyciu laserów. Dzięki niemu możliwe będzie odróżnienie skupisk białek powodujących choroby od tych prawidłowo funkcjonujących.
Te optyczne efekty nieliniowe wydają się być związane ze specyficzną strukturą amyloidów. Analogiczne białka, które nie mają takiej struktury, nie wykazują podobnych efektów. Bardzo ważne jest również to, że dzięki wykorzystaniu technik optyki nieliniowej możemy badać próbki materiału biologicznego w zakresie podczerwieni. Dzięki temu materiał biologiczny nie ulega uszkodzeniu, jak np. przy wykorzystaniu światła ultrafioletowego. Ma to duże znaczenie dla badań medycznych i biologicznych – wyjaśnia Piotr Hańczyc, który jest pierwszym autorem publikacji.
Próbki do badań zostały przygotowane przez Piotra Hańczyca w warunkach laboratoryjnych in vitro w Chalmers University of Technology, pod kierownictwem prof. Bengta Nordéna, członka Szwedzkiej Akademii Nauk oraz przewodniczącego Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii w latach 2000-2003. W próbówkach zostały przygotowane roztwory zawierające białka o odpowiednim stężeniu, które następnie zostały poddane działaniu wysokiej temperatury. Doprowadziło to do zmiany konformacji białka i utworzenia fibryli amyloidowych.
Kolejną część badań Piotr Hańczyc wykonał w Instytucie Chemii Fizycznej i Teoretycznej Politechniki Wrocławskiej, w grupie „Organometallics in Nanophotonics” kierowanej przez prof. Marka Samocia. Użył w nich układu laserowego przeznaczonego do badań nieliniowych efektów optycznych. W trakcie pomiarów została wykorzystana tzw. technika Z-scan.
– Wyniki naszych badań są stymulacją do dalszych prac, mających na celu określenie, jaki jest mechanizm molekularny odkrytego zjawiska i na ile może być ono użyteczne dla zastosowań medycznych. Chcemy się dowiedzieć, czy to zjawisko może być podstawą dla wykorzystania femtosekundowych impulsów światła laserowego w terapiach – dodaje Piotr Hańczyc.
Wyniki ich prac zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature Photonics.