Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego pracują nad metodą, która może pozwolić na badanie pojedynczych cząsteczek z dokładnością do skali nanometrów. Zespół prof. Szymona Pustelnego otrzymał rekomendację do finansowania w europejskim konkursie EIC Pathfinder Open 2026. Na realizację czteroletniego projektu MRI-NOVA przewidziano około 4 mln euro, z czego 1,4 mln euro ma trafić do krakowskiej uczelni.
Celem badań jest opracowanie nowego rodzaju rezonansu magnetycznego, który pozwoliłby uzyskiwać informacje o budowie pojedynczych molekuł, w tym białek. Projekt zakłada rozwój technik pomiarowych umożliwiających nie tylko analizę ich struktury, ale również obserwowanie zmian zachodzących podczas różnych procesów chemicznych.
Nowa metoda ma pokazać więcej niż tradycyjny rezonans
Białka nie zachowują przez cały czas tego samego kształtu. Ich struktura może się zmieniać pod wpływem kontaktu z innymi cząsteczkami oraz w trakcie reakcji chemicznych. Uchwycenie takich procesów wymaga metod, które pozwolą przyjrzeć się pojedynczym molekułom, zamiast analizować wyłącznie sygnał pochodzący z dużej grupy cząsteczek.
Właśnie na tym problemie skupia się projekt MRI-NOVA. Konwencjonalny rezonans magnetyczny dostarcza informacji o badanej substancji, jednak jego sygnał powstaje dzięki ogromnej liczbie spinów jądrowych. Nowa technika ma otworzyć możliwość prowadzenia pomiarów w znacznie mniejszej skali.
Zespół z UJ zamierza osiągnąć rozdzielczość przestrzenną rzędu 10 nanometrów dla obiektów znajdujących się poza diamentem. Badacze chcą także mierzyć odległości między określonymi punktami pojedynczych cząsteczek. W tym celu wykorzystają znaczniki magnetyczne, a zebrane dane mają umożliwić odtwarzanie przestrzennej budowy molekuł i analizowanie zmian ich kształtu.
Diament będzie pełnił funkcję czułego czujnika
Podstawą rozwiązania są centra barwne azot–wakancja (NV). To specyficzne defekty w strukturze krystalicznej diamentu, w których atom węgla zastępuje atom azotu, a sąsiednie miejsce pozostaje nieobsadzone.
Takie układy reagują na lokalne pole magnetyczne i elektryczne, a także na temperaturę. Dzięki temu mogą działać jak bardzo czułe sensory. W ramach MRI-NOVA naukowcy planują przygotować cienką warstwę diamentu zawierającą liczne centra NV umieszczone tuż pod jego powierzchnią. Rozwiązanie ma umożliwić rejestrowanie pól generowanych przez obiekty znajdujące się nad diamentem. Jest to istotne, ponieważ pole magnetyczne pojedynczej cząsteczki jest bardzo słabe i szybko traci na sile wraz ze wzrostem odległości.
Sama czułość detektorów nie wystarczy jednak do odtworzenia obrazu. Trzeba jeszcze ustalić, z jakiego miejsca pochodzi sygnał. Dlatego badacze zamierzają wykorzystać kontrolowane gradienty pola magnetycznego, czyli zmiany jego wartości zależne od położenia. Pozwoli to analizować sygnały w różnych skalach odległości i odtwarzać rozkład pola wytwarzanego przez molekuły.
Od badań białek po opracowywanie leków
Opracowywana metoda może znaleźć zastosowanie w badaniach cząsteczek, których struktura zmienia się w czasie. Chodzi między innymi o białka uczestniczące w procesach związanych z chorobami neurodegeneracyjnymi, a także innymi schorzeniami.
Potencjalne zastosowania obejmują również badania chemiczne i prace nad nowymi lekami. Jednym z kierunków, które wskazują autorzy projektu, jest możliwość śledzenia przemieszczania się cząsteczek przez błony komórkowe oraz zmian zachodzących w białkach podczas reakcji chemicznych.
Na tym etapie MRI-NOVA nie zakłada stworzenia gotowego urządzenia do diagnostyki medycznej. Najważniejsze będzie opracowanie nowych metod pomiarowych i sprawdzenie ich w eksperymentach. Dopiero wyniki tych prac pokażą, w jakim zakresie uda się wykorzystać opracowywaną technikę.
W projekcie uczestniczą cztery europejskie ośrodki
Konsorcjum MRI-NOVA tworzą cztery instytucje naukowe. Koordynatorem przedsięwzięcia jest Uniwersytet Jagielloński, a pracami kieruje prof. Szymon Pustelny. W zespole krakowskiej uczelni uczestniczy również dr Piotr Put.
Partnerami projektu są Uniwersytet w Ulm, gdzie badania prowadzi zespół prof. Fedora Jelezki, Instytut Optyki Kwantowej Maxa Plancka z zespołem prof. Ignacia Ciraca oraz Politechnika Federalna w Lozannie (EPFL), reprezentowana przez zespół prof. Aleksandry Radenovic.
Realizacja przedsięwzięcia ma potrwać cztery lata. Rozpoczęcie prac zaplanowano na 1 stycznia 2027 roku. Całkowity budżet wynosi około 4 mln euro, a część przypadająca Uniwersytetowi Jagiellońskiemu to 1,4 mln euro. Projekt znalazł się w gronie 43 przedsięwzięć wybranych do finansowania w konkursie EIC Pathfinder Open 2026. Spośród 2103 zgłoszeń wyłoniono zespoły reprezentujące łącznie 218 organizacji z 30 krajów. Obecnie przygotowywane są umowy grantowe, a przekazanie środków będzie możliwe po ich podpisaniu.
Te artykuły mogą Cię zainteresować:
Nowa trasa pieszo-rowerowa w Krakowie [ZDJĘCIA]
Atak na mężczyznę w Krakowie. Policja szuka świadków
Pilot przerwał start samolotu z Krakowa. Do akcji wkroczyły służby
