Badanie fizycznych mechanizmów zarodkowania, wzrostu i agregacji węglanu apatytu i struwitu w kontekście powstawania infekcyjnej kamicy moczowej oraz wpływu substancji mogących modulować te procesy

STRESZCZENIE PROJEKTU

1. Cel prowadzonych badań / hipoteza badawcza

Projekt badawczy ma na celu:

a. poznanie fizycznych mechanizmów zarodkowania i wzrostu węglanu apatytu i struwitu - głównych komponentów infekcyjnych kamieni moczowych;

b. poszukiwanie substancji mających zdolność hamowania zarodkowania i/lub wzrostu węglanu apatytu i struwitu w obecności bakterii i bez nich;

c. zbadanie czy mechanizm agregacji komponentów infekcyjnych kamieni moczowych (kryształów struwitu i bezpostaciowego węglanu apatytu) można wytłumaczyć w oparciu o model podwójnej warstwy elektrycznej (PWE).

d. zbadanie właściwości dielektrycznych kryształów struwitu, które mogą mieć wpływ na wzajemne oddziaływanie między bakteriami a fazami stałymi istniejącymi w moczu.

2. Zastosowana metoda badawcza / metodyka

Pierwsza faza planowanego projektu zakłada przeprowadzenie serii badań mających na celu określenie wpływu wybranych związków chemicznych na zarodkowanie i wzrost struwitu oraz węglanu apatytu w warunkach odpowiadających zakażeniu układu moczowego. Badania będą przeprowadzane w środowisku sztucznego moczu, a wzrost pH powodowany przez bakterie będzie symulowany poprzez odpowiednie substancje chemiczne. Podstawę metod badawczych stanowić będą pomiary spektrofotometryczne uzupełnione o obserwacje mikroskopowe. Następnie zostaną wykonane kolejne serie pomiarowe, tym razem w obecności bakterii chorobotwórczych. Umożliwi to wówczas określenie wpływu badanych związków zarówno na zarodkowanie i wzrost struwitu i węglanu apatytu jak również na żywotność bakterii oraz aktywność wytwarzanego przez nie enzymu.

Druga faza badań przewiduje przeprowadzenie pomiarów potencjału zeta, przy pomocy urządzenia typu Zetasizer (Malvern Instruments), na węglanie apatytu, struwicie, bakteriach oraz składnikach bakterii takich jak lipopolisacharydy. Badania będą prowadzone w środowisku sztucznego moczu, którego skład chemiczny oraz parametry takie jak zawartość składników mineralnych, pH, gęstość czy przejrzystość i barwa są identyczne z moczem naturalnym zdrowego człowieka. Do pomiarów zostanie wykorzystany szczep bakterii Proteus mirabilis wyizolowany z ludzkiego kamienia moczowego należący do kolekcji szczepów klinicznych Zakładu Immunobiologii Bakterii UŁ. Wybór rodzaju drobnoustrojów konsultowano ze środowiskiem medycznym. Pomiary powinny pozwolić odpowiedzieć na pytanie, czy obecność bakterii wpływa na wartość potencjału zeta i czy mechanizm agregacji komponentów infekcyjnych kamieni moczowych można wyjaśnić w oparciu o model PWE.

Trzecią część projektu stanowią badania mające na celu określenie właściwości dielektrycznych kryształów struwitu. Tą fazę badań rozpoczynać będzie etap podczas którego podjęte zostaną próby wyhodowania kryształów struwitu z żelu. Metoda ta umożliwia otrzymanie kryształów o znacznych rozmiarach (rzędu 1 cm). Taka wielkość jest niezbędna do przeprowadzenia badań określających właściwości dielektryczne. Właściwości te mogą mieć wpływ na wzajemne oddziaływanie między bakteriami a fazami stałymi, a tym samym na intensywność i efektywność procesów agregacji badanych kryształów.

3. Wpływ spodziewanych rezultatów na rozwój nauki, cywilizacji, społeczeństwa

Przeprowadzone badania oraz ich analiza powinny dostarczyć bazy dla opracowania bardziej kompletnego modelu zarodkowania, wzrostu i agregacji wybranych komponentów infekcyjnych kamieni moczowych. Pomyślne rozwiązanie postawionych celów badawczych rodzi nadzieje na opracowanie nowych metod spowalniania lub zapobiegania wzrostowi związków wchodzących w skład infekcyjnych kamieni moczowych. Pomyślne rozwiązanie postawionych problemów może pomóc w przyjęciu odpowiedniego leczenia, czy diety, a tym samym może być pomocne w likwidowaniu przyczyn choroby, a nie tylko jej skutków. Wartym podkreślenia jest fakt że zgłaszany projekt jest przykładem badań interdyscyplinarnych. Projekt obejmuje nie tylko zagadnienia z fizyki wzrostu kryształów, ale także mikrobiologii, chemii oraz medycyny. Proponowane w niniejszym wniosku badania stanowią kontynuację badań rozpoczętych podczas realizacji poprzedniego projektu badawczego nr N N202 033437. Raport końcowy tego projektu uzyskał akceptację Zespołu Ekspertów Narodowego Centrum Nauki pod względem merytorycznym i finansowym. Uzyskane tam rezultaty pozwoliły na sformułowanie dalszej drogi badawczej w ramach tej tematyki.