Sztuczna kość, antygen malarii, inspektor... Sprawdzamy, co się stało z lubelskimi wynalazkami

"KUL ujarzmi wybuchy metanu", "Bakterie szansą na wyeliminowanie metanu z kopalń" - zapowiadały w 2006 r. nagłówki gazet, kiedy naukowcy z Katedry Biochemii i Chemii Środowiska KUL podzielili się wynikami swoich badań. Zauważyli, że w kopalni węgla kamiennego w Bogdance jeszcze nigdy stężenie metanu nie osiągnęło stanu alarmowego. Odkryli, że tym gazem żywią się występujące tam bakterie. Naukowcy znaleźli ich szczepy także na Śląsku.

Wybuchy metanu oraz pożary powstałe od zapalonego metanu należą do najczęstszych naturalnych przyczyn katastrof górniczych w Polsce. Ostatnia z nich miała miejsce w 2014 r. w Kopalni Węgla Kamiennego Mysłowice-Wesoła na Śląsku, gdzie w wyniku wybuchu metanu zginęło pięć osób. Obecność bakterii metanotroficznych w kopalni w Bogdance powodowała, że do podobnej tragedii nigdy na Lubelszczyźnie nie doszło.

Badania nad bakteriami metanotroficznymi prowadził zespół pod kierownictwem prof. Zofii Stępniewskiej. Naukowcy zbudowali specjalne biofiltry, które redukują stężenie metanu w kopalniach. Urządzenia pozytywnie przeszły wstępne testy, ale na tym się skończyło.

- W procesie wdrażania wynalazku, który m.in. polega na testowaniu produktu w warunkach kopalnianych, napotkaliśmy na wiele trudności. W Polsce nie ma do niego sprzyjających okoliczności. Są bariery finansowe. Kiedy powstaje wynalazek, nie bardzo wiadomo, kto ma go wspierać. Inwestorzy boją się podjąć ryzyko, nie wiedząc, czy na dany produkt będą chętni - wyjaśnia prof. Zofia Stępniewska.

Badania nad bakteriami metanotroficznymi doprowadziły zespół prof. Stępniewskiej do innych ważnych odkryć. Jednym z nich była ektoina. To skomplikowany i rzadko występujący w przyrodzie aminokwas, którego chemiczne wytworzenie jest bardzo kosztowne - obecna cena tego związku na rynku przewyższa cenę złota. Ektoina może służyć m.in. jako element kremów odmładzających, chroniąc komórki przed wysychaniem i czynnikami zewnętrznymi. Zapobiega procesom fotostarzenia i może być używana przy leczeniu nowotworów. Pracownicy Instytutu Biotechnologii KUL odkryli ten związek w komórkach badanych przez siebie bakterii i opracowali przełomową, tańszą metodę jego produkcji.

- Kilka firm wyraża zainteresowanie wdrożeniem tej metody. Może za jakiś czas do tego dojdzie - dodaje prof. Stępniewska.

Bakterie wyizolowane ze skał przywęglowych posłużyły także do wypracowania nowego sposobu wytwarzania bioplastiku, który może być stosowany w medycynie i do produkcji biodegradowalnych opakowań.

Oba wynalazki naukowców z KUL zostały opatentowane.

Szacuje się, że opracowanie szczepionki przeciw malarii mogłoby uratować setki tysięcy ludzi każdego roku. Jest to najczęstsza na świecie choroba zakaźna, na którą rocznie zapada ponad 220 milionów osób, a umiera od miliona do trzech milionów.

Blisko rozwiązania tego problemu znalazł się zespół prof. Nikodema Grankowskiego z Instytutu Mikrobiologii i Biotechnologii UMCS. Badacze stworzyli antygen, czyli najważniejszy składnik szczepionki przeciw malarii. Jego skuteczność potwierdziły badania na myszach. Wynalazek opatentowano w Polsce i za granicą.

Za swoje odkrycie w 2011 r. naukowcy otrzymali Nagrodę Naukową Marii Curie, którą uczelnia przyznała wtedy po raz pierwszy. W tym samym roku antygen znalazł się w kilku krajowych plebiscytach na najważniejsze naukowe wydarzenie organizowanych przez czasopisma popularnonaukowe. Członkowie zespołu prof. Grankowskiego mówili o współpracy z instytutem badawczym w Holandii, gdzie trwały prace nad podobnym antygenem. Właśnie tam miały się odbyć badania kliniczne na małpach, które mają najbardziej zbliżony do ludzkiego system immunologiczny.

- Być może razem uda nam się dokonać przełomu - mówił w tym czasie prof. Marek Tchórzewski z zespołu badaczy.

Na drodze do realizacji planów naukowców stanął jednak trudny do przeskoczenia problem.

- Staraliśmy się uzyskać finansowanie na ten projekt, ale niestety to się nie udało. W Unii Europejskiej wygaszono większość agend, które dotowały badania nad malarią. Trzeba zdawać sobie sprawę, że w Europie malaria nie jest głównym problemem, w związku z tym trudno otrzymać dotacje na prace nad jej antygenem. Sponsorowanie tych działań nie wpisuje się też w strategię firm farmaceutycznych, które większy interes widzą w sprzedaży leków niż w zapobieganiu tej chorobie - mówi dziś prof. Marek Tchórzewski.

Jak wyjaśnia naukowiec, w tej chwili projekt antygenu jest nieco uśpiony. Uczelnia nie rezygnuje jednak ze starań o jego finansowanie. Kompetencje naukowe lubelskich badaczy w zakresie wytwarzania antygenu są dziś wykorzystywane w ramach powstałego w ubiegłym roku na UMCS Polsko-Chińskiego Centrum Badawczego Green Pharmaceuticals. - Być może nasze dotychczasowe osiągnięcia w tym temacie będą w przyszłości transferowane na inne projekty - dodaje prof. Tchórzewski.

Przyjemne chrupanie jabłka to oznaka dojrzałości i świeżości. Po takie owoce chętniej sięgają konsumenci.

Naukowcy z Instytutu Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego Polskiej Akademii Nauk w Lublinie w 2010 r. wynaleźli maszynę, która gryzie jabłka i sprawdza, czy są dojrzałe i chrupkie. Wynalazek może być używany przez sadowników i firmy zajmujące się przechowywaniem owoców.

Urządzenie wygląda jak nieduża skrzynka z ramieniem i podstawką, na której umieszcza się badany produkt. Owoc przebija trzpień, który symuluje proces gryzienia oraz odbioru bodźców dźwiękowych i mechanicznych przez ludzkie zmysły. Czujnik ocenia tzw. emisję akustyczną konsumowanego produktu. Inaczej mówiąc - zbiera informacje o dźwięku.

Do tej pory do podobnych badań producenci żywności wykorzystywali tzw. panele sensoryczne składające się z grupy ludzi smakujących dany produkt. Metoda naukowców z PAN jest tańsza. Opiera się na wynikach ocen dwóch specjalistycznych paneli sensorycznych sprawdzających 19 popularnych odmian jabłek. To pierwsze takie urządzenie w kraju.

Od czasu wynalezienia Kontaktowego Detektora Emisji Akustycznej (CAED), bo tak je nazwano, ukazało się na jego temat kilka publikacji w ważnych periodykach naukowych. Jego twórcy dopuścili maszynę do dodatkowych testów i uzyskali ochronę patentową. Wynalazek jednak nie doczekał się komercjalizacji.

Przyczyna jest prostsza niż mogłoby się to wydawać. - Owoc podczas testu musi być zniszczony. To stanowi główną barierę dla przedsiębiorców, którzy szukają metod niedestrukcyjnych, możliwych do stosowania na liniach produkcyjnych - wyjaśnia prof. Artur Zdunek z Instytutu Agrofizyki PAN.

Prace nad tą metodą okazały się jednak początkiem dla innych projektów. - Ówczesne badania doprowadziły nas do zainteresowania ścianami komórkowymi owoców i warzyw, które mają bezpośredni wpływ na jakość owoców, ale również są cennym źródłem polisacharydów. Związki te dla ludzkiego organizmu są źródłem błonnika pokarmowego, mogą być też wykorzystywane w przemyśle jako elementy różnych materiałów. Wytworzyliśmy oparty na nich komponent zagęszczający żywność o nazwie TexAp. Może zastąpić mniej zdrowe dodatki. Licencja na ten produkt już została udostępniona firmie, która zajmuje się jego komercjalizacją - dodaje prof. Zdunek.

Zespół badaczy PAN realizuje także projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, który ma doprowadzić do pozyskania nanocelulozy z odpadów owocowo-warzywnych. Metodę zgłoszono do Urzędu Patentowego RP. Nanoceluloza jest wykorzystywana m.in. w produkcji biodegradowalnych opakowań.

Wynalazek profesor Grażyny Ginalskiej i jej zespołu był wielokrotnie nagradzany. W 2016 r. dostał prestiżową nagrodę w konkursie Prix Galien doceniającym najbardziej przełomowe odkrycia w dziedzinie medycyny i farmacji.

Mowa o kościozastępczym biomateriale implantacyjnym nowej generacji FlexiOss®. Opracowana na Uniwersytecie Medycznym "sztuczna kość" jest niealergiczna, trwała i plastyczna (twardnieje po wysuszeniu). Pomysł badań nad nią pojawił się w 2004 r.

- Zgłosili się do nas chirurdzy ortopedzi z lubelskiej kliniki. Powiedzieli, że potrzebują poręcznego implantacyjnego materiału, gdyż większość z używanych odpowiedników występuje w postaci proszku lub granulatu, co jest niewygodne w aplikacji. Zapytali nas, czy moglibyśmy popracować nad stworzeniem bardziej spoistego materiału, który swoją strukturą byłby bliższy ludzkiej kości - wspomina prof. Grażyna Ginalska z Katedry i Zakładu Biochemii i Biotechnologii Uniwersytetu Medycznego w Lublinie.

Podczas badań na uniwersytecie wybrano rodzaj polimeru, który następnie połączono z sypkim, granulowanym fosforanem wapnia. Dzięki współpracy z zespołem prof. Anny Ślósarczyk z Akademii Górniczo-Hutniczej z Krakowa uzyskano materiał, który spełniał wszystkie założone wymagania. Był łatwy do wszczepienia i pod względem składu chemicznego zbliżony do naturalnej kości.

Następnie przeprowadzono liczne badania: najpierw laboratoryjne: mechaniczne, fizykochemiczne i komórkowe, potem kliniczne: na zwierzętach i na ludziach. Te ostatnie, prowadzone zarówno w Polsce, jak i za granicą wymagają dużych nakładów pieniężnych. By ułatwić ich finansowanie, Uniwersytet Medyczny zdecydował o powołaniu spółki. W Medical Inventi udziałami podzieliła się uczelnia, dwoje naukowców i prywatny inwestor. Ruch ten znacznie zwiększył szanse na zaistnienie wynalazku na rynku medycznym.

- Aktualnie na ukończeniu są prace badawcze nad technologią produkcji FlexiOss® na skalę przemysłową, realizowane przez zespół naukowców z Katedry Podstaw Inżynierii Produkcji Politechniki Lubelskiej, pod kierunkiem prof. Józefa Kuczmaszewskiego. Aby wynalazek znalazł się na rynku, musi także pomyślnie przejść proces certyfikacji, który już został rozpoczęty - mówi Aleksandra Gańska reprezentująca Medical Inventi.

"Sztuczna kość" to jeden z nielicznych wynalazków, który ma duże szanse być skomercjalizowany. Z jakimi nakładami pieniężnymi wiąże się jego wdrożenie? Mowa o kilku milionach złotych. Na tę sumę składają się koszty procesu certyfikacji, badań klinicznych, stworzenia dedykowanej wynalazkowi linii technologicznej oraz promocji. Spółka Medical Inventi pozyskała na realizację wymienionych działań ponad 3,4 milionów zł ze środków europejskich. Pozostałą część zamierza pozyskać od inwestorów.

- Prowadzone rozmowy są bardzo obiecujące - zdradza Aleksandra Gańska.

Jeśli się uda, sztuczna kość już za kilka lat może być masowo wykorzystywana.

Na koniec wynalazek studencki, który dobrze się zapowiadał. Chodzi o inspektora, czyli robota czyszczącego kanały wentylacyjne. Pracowali nad nim studenci z Koła Naukowego Zastosowań Mechatroniki ELMECH Politechniki Lubelskiej. W 2009 r., kiedy powstał jego prototyp, podobnego urządzenia nie produkowała żadna firma w Polsce.

Inspektora spośród innych produktów wyróżnia niska cena oraz budowa - robot jeździ na czterech kołach, a dodatkowo wyposażony jest w kolejne, wysuwane, co gwarantuje dobrą przyczepność i łatwość w poruszaniu się w pionowych szybach wentylacyjnych. Na jego "pokładzie" zainstalowano kamerę oraz wiele czujników pozwalających m.in. na badanie siły ciągu powietrza czy obecności gazów.

Dziś wygląda na to, że inspektor podzielił los wielu innych lubelskich wynalazków. Dr Przemysław Filipek, opiekun ELMECH-u przyznaje, że koło naukowe teraz zajmuje się innymi projektami, a inspektor służy mu głównie do celów edukacyjnych - studenci uczą się na jego przykładzie, jak powstają urządzenia mechatroniczne. Badania nad robotem spowolniły. Urządzenie wciąż czeka na brakujące sterowanie bezprzewodowe, które mogłoby być skonstruowane przez studentów w ramach pracy dyplomowej.