Innowacja płynąca z synergii dziedzin, wspierająca nauki sądowe bezpośrednio na miejscu zdarzenia, z poszanowaniem ciała i z myślą o wyzwaniach dzisiejszego świata. Zespół naukowców z trzech największych gdańskich uczelni opracował sposób bezinwazyjnego szacowania czasu zgonu, wieku oraz płci biologicznej, wyróżniony Nagrodą Uczelni Fahrenheita.

Jak wyglądał proces tworzenia koncepcji, jaka jest charakterystyka metody i dalsze plany na jej rozwój? O tym mówią badacze w wywiadzie dla Związku Uczelni Fahrenheita. W rozmowie uczestniczył cały zespół w składzie: dr hab. med. Łukasz Balwicki, prof. GUMed, kierownik Zakładu Zdrowia Publicznego i Medycyny Społecznej Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, prof. dr hab. med. Michał Kaliszan, kierownik Katedry i Zakładu Medycyny Sądowej GUMed, dr Mattia Pierpaoli, prof. PG z Katedry Optoelektroniki Politechniki Gdańskiej, dr hab. Aneta Lewkowicz, prof. UG, kierownik Zakładu Badań Sądowych na Wydziale Prawa i Administracji Uniwersytetu Gdańskiego oraz doktorantki Szkoły Doktorskiej przy Wydziału Matematyki Fizyki i Informatyki Uniwersytetu Gdańskiego: mgr Martyna Czarnomska i mgr Emilia Gruszczyńska z zespołu prof. Anety Lewkowicz.

Karolina Sienkiewicz (FarU): - Jak rozpoczęła się Państwa współpraca? Czy to właśnie ta inicjatywa była jej początkiem?

Dr hab. inż. Aneta Lewkowicz, prof. UG: - Nasza współpraca jest wynikiem wcześniej istniejących wspólnych zainteresowań naukowych. Liczne rozmowy i wymiana doświadczeń stopniowo doprowadziły do rozwoju tego projektu. Z prof. Pierpaoli współpracujemy od 2017 roku, natomiast z prof. Balwickim oraz prof. Kaliszanem z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego od około trzech lat. Pani Martyna oraz pani Emilia kontynuują obecnie pracę w moim zespole - rozpoczęły ją na etapie realizacji prac magisterskich, a aktualnie, pod moją opieką, prowadzą badania w ramach studiów doktoranckich.

Dr Mattia Pierpaoli, prof. PG: - Tak, pierwszy raz spotkaliśmy w 2017, gdzie rozpoczęliśmy współpracę badawczą.

Prof. dr hab. med. Michał Kaliszan (GUMed): - Panią Martynę poznałem w Zakładzie Medycyny Sądowej jako studentkę kryminologii, jednak dopiero w ramach tego projektu współpraca realnie się rozwinęła. Do udziału w projekcie zaprosił mnie bezpośrednio prof. Łukasz Balwicki, zwracając się z pytaniem o możliwość uzyskania dostępu do zwłok w celu badań nad szacowaniem czasu zgonu. Byłem tym nieco zaskoczony, ale jednocześnie bardzo ucieszony, że tematyką tą interesują się również badacze spoza medycyny sądowej.

Dr hab. med. Łukasz Balwicki (GUMed): - Mnie z kolei szczególnie zainteresował obszar, w którym Aneta poszukiwała współpracy - praktyczne zastosowanie metod identyfikacji, zwłaszcza w kontekście zdarzeń masowych. W dzisiejszych realiach, przy konfliktach zbrojnych, takich jak wojna w Ukrainie, czy coraz częstszych katastrofach klimatycznych, potrzebne są narzędzia ułatwiające identyfikację osób. Cieszę się, że udało się włączyć prof. Kaliszana do zespołu i umożliwić pobieranie materiału biologicznego od osób zmarłych.

Prof. A. Lewkowicz: - Wytyczne komisji bioetycznej GUMed i etycznej UG, których zgodę uzyskaliśmy, obejmują możliwość pobierania próbek w Zakładzie Medycyny Sądowej w celu wykluczenia wpływu dodatkowych czynników, takich jak choroby przewlekłe. Na etapie badań podstawowych uwzględnienie wszystkich zmiennych jest oczywiście fizycznie niemożliwe, dlatego tak istotne było odpowiednie zawężenie kryteriów.

Prof. M. Kaliszan: - Zgadza się. Do Zakładu Medycyny Sądowej trafiają zwłoki w takim stanie, w jakim zostały ujawnione - w ubraniu, jeszcze przed jakimikolwiek procedurami pielęgnacyjnymi. To niezwykle istotne, ponieważ w warunkach szpitalnych wdrażane są już procedury medyczne i podawane leki, które mogłyby wpływać na wyniki badań.

- Czyli to właśnie ten moment - pierwszy, naturalny punkt kontaktu - stał się jednocześnie punktem wyjścia do rozpoczęcia współpracy i dalszych badań?

Prof. A. Lewkowicz: - Tak, jednak warto podkreślić, że cały proces był bardzo starannie przemyślany. Był on efektem wielu dyskusji, podczas których analizowaliśmy możliwe modele współpracy i sposób jej realizacji. Zaangażowanie specjalistów z różnych dyscyplin - fizyki, biologii, medycyny, inżynierii oraz elektrochemii - wymagało świadomego i dobrze zaplanowanego podejścia. Dlatego zanim przeszliśmy do działań końcowych i osiągnęliśmy ostateczny efekt, poświęciliśmy dużo czasu na solidne przygotowanie. Potwierdzeniem tego są m.in. tematyka pracy magisterskiej pani Emilii oraz wcześniejsza publikacja naukowa naszego zespołu.

Mgr Emilia Gruszczyńska (UG): - Pierwsza publikacja, o której wspomina pani profesor, dotyczyła naszych wstępnych badań w tym obszarze. Skupiliśmy się na analizie spektroskopowej tryptofanu, czyli pierwszego biomarkera, który wytypowaliśmy jako potencjalnie przydatny w szacowaniu czasu zgonu. W ramach tych badań ocenialiśmy jego stabilność w różnych wartościach pH, co ma istotne znaczenie w kontekście procesów pośmiertnych. Była to pierwsza praca zespołowa w tym projekcie

Prof. A. Lewkowicz: - Nagrodzony projekt, który dotyczy nowego sposobu szacowania czasu zgonu, jest złożony już na etapie badań podstawowych. Opiera się on na zjawisku transferu energii pomiędzy dwiema cząsteczkami, gdzie analizujemy mechanizm przekazywania energii. Jednak nawet jeśli jako fizycy potwierdzimy możliwość wystąpienia takiego zjawiska, konieczne jest również upewnienie się, że w rzeczywistych próbkach biologicznych obecne są wolne formy tryptofanu oraz koenzymu NADH. Dlatego tak istotne były wcześniejsze rozmowy, analizy wstępne oraz wizyty w prosektorium u prof. Kaliszana, które pozwoliły zweryfikować założenia projektu w praktyce.

Mgr. E. Gruszczyńska: - Skupiamy się na substancji potowo-tłuszczowej. Z danych literaturowych wynika, że do około 48 godzin po zgonie można ją jeszcze analizować w kontekście zwłok.

Prof. M. Kaliszan: - Tak, potem zaczynają się już procesy pośmiertne.

Prof. A. Lewkowicz: - Istotnym elementem naszych badań jest możliwość pobierania próbek również od osób żywych, co ma kluczowe znaczenie z punktu widzenia badań podstawowych. Umożliwia to uwzględnienie naturalnej zmienności biologicznej oraz znacząco zwiększa wartość statystyczną analiz. Jednocześnie należy podkreślić, że pobieranie substancji potowo-tłuszczowej jest metodą całkowicie nieinwazyjną, co pozwala na jej bezpieczne i powtarzalne stosowanie.

- Czy moglibyśmy właśnie o tej nieinwazyjności powiedzieć trochę więcej, bo dla niektórych osób już sam tytuł - bezinwazyjny sposób - w kontekście pobierania materiału będzie interesujący.

Prof. M. Kaliszan: - Pobieranie jakiegokolwiek wycinka może prowadzić do naruszenia struktury naskórka, dlatego metody stosowane do określania czasu zgonu powinny być nieinwazyjne. Pozwala to uniknąć uszkodzenia powierzchni ciała, które w trakcie sekcji zwłok mogłoby utrudnić prawidłowe rozpoznanie przyczyny zgonu. W tym przypadku warunek ten jest w pełni spełniony, ponieważ zastosowanie tzw. wymazówki nie powoduje naruszenia powłok ciała.

- Czy to właśnie kwestie pobierania materiału i późniejszej analizy były źródłem, z którego zrodził się pomysł na projekt?

Prof. A. Lewkowicz: - Jako badacze z Uniwersytetu Gdańskiego jesteśmy osadzeni w obszarze fizyki molekularnej i specjalizujemy się w analizie oddziaływań światła z materią. W tym projekcie przedmiotem badań stała się substancja potowo-tłuszczowa. Istotny wkład w rozwój koncepcji miały moje doktorantki - Martyna oraz Emilia - posiadające wykształcenie z zakresu biologii molekularnej oraz biologii. Emilia, mająca dodatkowo wykształcenie antropologiczne na poziomie licencjackim oraz duże zainteresowanie procesami zachodzącymi w ludzkim ciele po śmierci, zainspirowała mnie do podjęcia tego zagadnienia z perspektywy fizyki molekularnej. W kolejnym etapie pojawiła się koncepcja współpromotorstwa oraz włączenie prof. Łukasza Balwickiego. Kluczowe znaczenie miało tu połączenie kompetencji, efektywne wykorzystanie dostępnych możliwości oraz pasji poszczególnych członków zespołu.

Prof. Ł. Balwicki: - Pamiętam, że na początku podkreślałaś, iż znaczna część Twoich badań dotyczyła daktyloskopii, a więc metod identyfikacji osób na podstawie odbitek palców. To naturalnie prowadziło do pytań, jakie dodatkowe informacje można jeszcze pozyskać z odbitki palca - czy możliwa jest analiza innych substancji, które mogłyby dostarczyć kolejnych, istotnych danych. W ten sposób, krok po kroku, koncepcja projektu zaczęła się stopniowo rozwijać.

Prof. A. Lewkowicz: - Zaczęliśmy wówczas zastanawiać się nad tym, jakie potrzeby badawcze są dziś szczególnie istotne. Współczesny świat mierzy się z licznymi konfliktami oraz katastrofami środowiskowymi, dlatego rozwijanie i udoskonalanie metod identyfikacji osobniczej ma obecnie ogromne znaczenie, zarówno z punktu widzenia nauki, jak i praktycznych zastosowań

- Interdyscyplinarność była w tym przypadku niezbędna, aby połączyć różnorodne kompetencje i w sposób kompleksowy odpowiedzieć na realne potrzeby praktyki. Jak zatem można określić wymiar innowacyjności tego projektu i wskazać jego najistotniejsze elementy?

Mgr E. Gruszczyńska: - Z pewnością kluczowa jest bezinwazyjność oraz poszanowanie ciała - tak, aby w żaden sposób nie naruszać jego struktury. Równie istotna jest możliwość zastosowania tej metody bezpośrednio na miejscu zdarzenia, bez konieczności transportu zwłok do prosektorium. Dążymy także do tego, aby uzyskiwane wyniki były zarówno szybsze, jak i bardziej precyzyjne, czemu ma służyć opracowanie dedykowanego urządzenia pomiarowego.

Prof. M. Kaliszan: - Chciałbym dodać, że w tym kontekście czas ma znaczenie kluczowe. Określenie czasu zgonu jest jednym z pierwszych pytań pojawiających się na miejscu zdarzenia, w momencie przybycia prokuratora i policji. Ma to bezpośredni wpływ na dalszy przebieg postępowania - sposób prowadzenia poszukiwań, podejście do osób zatrzymanych oraz weryfikację ich aktywności w danym przedziale czasowym. Dlatego konieczne jest opracowanie metody, która nie tylko pozwoli precyzyjnie oszacować czas zgonu, lecz także umożliwi szybkie uzyskanie wiarygodnego wyniku.

Prof. A. Lewkowicz: - Ze względu na ograniczoną liczbę specjalistów z zakresu medycyny sądowej, która jest wysoko wyspecjalizowaną dyscypliną, zasadne jest wzmacnianie ich działań poprzez wyposażenie stanowisk pracy w nowoczesne, funkcjonalne i adekwatne technologicznie urządzenia. W tym kontekście urządzenie, które mogłoby wspomagać działania bezpośrednio na miejscu zdarzenia - szczególnie w sytuacjach masowych katastrof - stanowi rozwiązanie wysoce innowacyjne.

Prof. Ł. Balwicki: - Co więcej, takie urządzenie może być zaprojektowane w sposób umożliwiający stosunkowo prostą obsługę, tak aby po odpowiednim przeszkoleniu mogły się nim posługiwać również osoby niebędące lekarzami.

Mgr Martyna Czarnomska (UG): - Samo „wyjście z laboratorium” i przeniesienie badań do warunków rzeczywistych znacząco wzmacnia wymiar innowacyjności projektu. Na miejscu zdarzenia musimy bowiem uwzględnić zmienne warunki środowiskowe, takie jak wilgotność, temperatura, promieniowanie UV, a także obecność osób postronnych, które mogą prowadzić do kontaminacji próbki. W krótkim czasie zachodzi wiele procesów, dlatego moment pobrania materiału i przeprowadzenia analizy ma kluczowe znaczenie. Uwzględnienie tych czynników już na etapie badań podstawowych - zwłaszcza ryzyka związanego z detekcją poszczególnych biomarkerów - stanowi bardzo istotny element innowacyjności tego projektu.

- Do kwestii aplikacyjnej jeszcze wrócimy. Czy moglibyśmy powiedzieć kilka słów na temat zbierania próbek? Jak w praktyce przebiegała ta praca?

Mgr. E. Gruszczyńska: - Za pomocą sterylnej wymazówki pobierałam niewielką ilość substancji z powierzchni skóry osoby zmarłej, konkretnie z dłoni. Każdorazowo pobieraliśmy dwie próby, które następnie umieszczaliśmy w probówkach typu Eppendorf i zalewaliśmy odpowiednio przygotowanym roztworem. Zapewniał on ochronę materiału biologicznego przed degradacją, w tym przed rozkładem spowodowanym przez bakterie obecne na powierzchni zwłok. Następnie uzyskany roztwór poddawany był analizie spektroskopowej.

Prof. A. Lewkowicz: - To jest kolejny przykład innowacyjności tego projektu. Fizyk koncentruje się na zjawiskach fizycznych, biolog zwraca uwagę na obecność bakterii - i właśnie to połączenie perspektyw pozwoliło na opracowanie tej metody. Pracujemy jednocześnie na kilku poziomach: fizyki, biologii, medycyny oraz inżynierii materiałowej. Kluczowe było odpowiednie zintegrowanie tych kompetencji w spójną, funkcjonalną całość.

- Wspominała Pani o synergii kompetencji. Chciałabym jeszcze na chwilę wrócić do kwestii próbek, które musiały być pobierane w krótkim czasie. Rozumiem, że wiązało się to z częstymi wizytami w prosektorium?

Mgr E. Gruszczyńska: - Próbki były pobierane od jednej osoby trzykrotnie - około 24, 48 oraz 72 godzin po śmierci. Oznaczało to, że od jednej osoby każdorazowo pobierałam łącznie sześć próbek.

- Jak taki dobór odstępów czasowych wpływał na dalszą analizę?

Mgr E. Gruszczyńska: - Był to główny cel naszych badań - sprawdzenie, czy skład pobieranej substancji zmienia się w sposób charakterystyczny wraz z upływem czasu od zgonu. Wyniki potwierdziły, że takie zmiany rzeczywiście zachodzą. W przyszłości, na podstawie znacznie większej liczby pomiarów, planujemy opracowanie modelu statystycznego, który następnie zostanie zaimplementowany w projektowanym urządzeniu. Pozwoli to na uzyskiwanie coraz bardziej precyzyjnych oszacowań czasu zgonu.

- A jak wyglądało badanie próbek od osób żywych?

Mgr M. Czarnomska: - Dzięki nim mogliśmy dokładnie określić, jakie biomarkery występują w substancji potowo-tłuszczowej i które z nich potencjalnie nadają się do analizy w kontekście szacowania czasu zgonu. Wytypowaliśmy dwa główne markery, które szczególnie nas interesowały, choć oczywiście istnieje ich znacznie więcej. Badania pozwoliły także sprawdzić, czy jeszcze za życia stężenia tych biomarkerów są wystarczające, aby umożliwić ich identyfikację.

Prof. A. Lewkowicz: - Skupialiśmy się na substancji potowo-tłuszczowej, a proces uzyskiwania zgód bioetycznych był długotrwały, nie mieliśmy jeszcze dostępu do próbek od osób zmarłych. Rozpoczęliśmy badania z materiałem pochodzącym od osób żywych, ponieważ substancję potowo-tłuszczową można analizować do 48 godzin po śmierci i właśnie ten przedział czasowy stanowi praktyczną granicę zastosowania metody - po jego przekroczeniu istotną rolę zaczynają odgrywać procesy pośmiertne oraz namnażanie się bakterii.

Prof. M. Kaliszan: - Po upływie 48 godzin zaczynają zachodzić procesy pośmiertne, obejmujące początkowy rozkład tkanek. Śmierć mózgu następuje jako pierwsza, ze względu na jego wrażliwość na niedotlenienie, choć niektóre komórki funkcjonują jeszcze szczątkowo. Dopiero po około 48 godzinach dochodzi do całkowitej śmierci wszystkich komórek.

- Czy możemy zatem powiedzieć nieco więcej o działaniach podejmowanych na Gdańskim Uniwersytecie Medycznym w ramach projektu?

Prof. Ł. Balwicki: - Przede wszystkim istotna jest skala badań, ponieważ wiarygodność metody zależy od powtarzalności wyników. Możliwa była ona dzięki współpracy z prof. Kaliszanem. Na tym etapie kluczowe jest także sprawdzenie, czy konkretne zwłoki mogą być uwzględnione w badaniach. Istotna jest również baza medyczna i naukowa oraz kolekcja zbiorów, które pozwalają na kontynuację prac badawczych.

Prof. M. Kaliszan: - Pierwszym krokiem jest oczywiście uzyskanie zgód. Posiadamy pełne pozwolenie każdej uczestniczącej uczelni na pobieranie materiału, tak aby mógł on służyć doskonaleniu metody. Jak wspomniał Łukasz, nie wszystkie zwłoki kwalifikują się do badań - ograniczenia wynikają m.in. z czasu, jaki upłynął od zgonu, który odnotowywany jest w protokole oględzin z miejsca znalezienia zwłok. Dlatego badania nie mogą być przeprowadzane ekspresowo, a tempo pracy zależy od dostępności materiału badawczego.

Prof. Ł. Balwicki: - To jedno z większych wyzwań projektu. Nie możemy w pełni zaplanować tej części badań - musimy dostosować się do rzeczywistości i dostępności materiału. W tak wrażliwej kwestii czasu nie da się przyspieszyć procesu pozyskiwania próbek - działamy w naturze.

Prof. M. Kaliszan: - Pamiętam sytuację, gdy pani Emilia przyszła do mnie przedstawić pomysł, a tego samego dnia, kilka godzin później, pojawił się odpowiedni materiał badawczy. Dokładnie było wiadomo, kiedy nastąpił zgon tej osoby, co pozwoliło przeprowadzić badania w bardzo precyzyjnych ramach czasowych.

Prof. A. Lewkowicz: - To jest również bardzo budujące, że badania wychodzą poza laboratorium - efekty zobaczyliśmy nie tylko na związkach referencyjnych, ale przede wszystkim na próbkach środowiskowych. Jednocześnie doświadczyliśmy, jak trudne są warunki pracy w medycynie sądowej. Badania te mają charakter dynamiczny i nie da się ich w pełni ująć w sztywny harmonogram.

- Omówiliśmy proces koncepcyjny, charakterystykę projektu i jego innowacyjne aspekty, ale pozostał jeszcze prototyp wspomnianego urządzenia.

Prof. M. Pierpaoli (PG): - Tak. Jak wspomniała Aneta, już od dłuższego czasu współpracowaliśmy i często omawialiśmy zagadnienia leżące na styku naszych dyscyplin. Choć są one różne, zawsze istniało pole do wspólnych rozmów. W tym projekcie słowem kluczowym był tryptofan. W tym czasie pracowałem nad rozwojem prototypu urządzenia mierzącego substancję podobną do tryptofanu. Dzięki temu, na początku współpracy przy tym projekcie, miałem gotowy prototyp, który poddałem adaptacji. Dostosowałem go i przekazałem zespołowi do testów, nie mając jednak bezpośredniego kontaktu z próbkami. To nie był nasz pierwszy wspólny projekt - wcześniejsze doświadczenia, na przykład przy detekcji alfa-aminokwasów w obszarze kryminalistyki, pozwoliły nam sprawniej rozpocząć prace nad prototypem w przypadku tego nagrodzonego projektu.

Prof. A. Lewkowicz: - Mattia posiada również umiejętności w zakresie konstruowania i składania sprzętów, których my nie mamy - potrzebowaliśmy optoelektronika. Dzięki wcześniejszym doświadczeniom i licznym rozmowom o różnych potrzebach projektowych, udało nam się bardzo szybko dojść do porozumienia.

Prof. M. Pierpaoli: - Pierwszy prototyp był uproszczony. W dalszych etapach pracowałem nad bardziej złożonym i precyzyjnym rozwiązaniem.

Prof. A. Lewkowicz: - Analizujemy transfer energii między tryptofanem a NADH, co pozwala wykorzystać oba związki jako biomarkery czasu zgonu. Różnice w intensywności fluorescencji korelujemy z upływem godzin po śmierci, tworząc podstawę metody szacowania czasu zgonu. Pracujemy nad zwiększeniem precyzji pomiarów, badaniem wpływu środowiska i udoskonaleniem aparatury. Choć tryptofan sam daje słaby sygnał, transfer energii do NADH zapewnia wyraźną fluorescencję, dzięki czemu wiedza z fizyki molekularnej znajduje zastosowanie w medycynie sądowej.

- Jeśli dobrze rozumiem, celem jest opracowanie urządzenia, które mogłoby wspierać działania na miejscu zdarzenia, a dzięki prostej obsłudze, szybkiemu działaniu i precyzji, w pewnym sensie mogłoby odciążyć lekarza medycyny sądowej?

Prof. A. Lewkowicz: - W tym wypadku musimy zbudować urządzenie bardzo proste w obsłudze, którego czytelność wyników nie zależałaby od warunków środowiskowych. Od strony naukowej i badań podstawowych najłatwiej jest zacząć od wydajnych procesów, czyli obserwować zjawiska fluorescencji o wysokiej intensywności, zamiast próbować mierzyć sygnał bardzo słaby. Na poziomie fizyki molekularnej dopracowaliśmy wszystkie aspekty, które później przekładają się na pomiar na miejscu zdarzenia lub w prosektorium. Chcę też podkreślić, że nie zastępujemy lekarza medycyny sądowej - jego kompetencje są nieocenione. Natomiast urządzenie może potencjalnie wspomóc pracę przede wszystkim lekarza medycyny sądowej, a także technika kryminalistyki.

Prof. M. Pierpaoli: - Obecnie pracujemy nad kolejnym prototypem i nad jego funkcjonalnością. Dzięki większym funduszom możemy dopracować komponenty optoelektroniczne.

- Nagroda Uczelni Fahrenheita wspomoże te działania, ale wiem też, że złożyli Państwo wniosek o grant ERC Consolidator.

Prof. A. Lewkowicz: - Zgadza się. Chcielibyśmy doprowadzić projekt do komercjalizacji. Nasze centra transferu technologii na GUMed, PG i UG są już w to włączone.

Prof. M. Pierpaoli: - Z perspektywy projektowania prototypu, kluczowe jest teraz przeprowadzenie rozmów nie tylko o funkcjonalności w laboratorium, gdzie dysponujemy dużymi objętościami płynów, ale też o dostosowaniu urządzenia do pracy z mniejszymi próbkami oraz umożliwiający łatwe użytkowanie w warunkach terenowych.

Prof. A. Lewkowicz: - Tak, przed nami jeszcze wiele rozmów technicznych.

- Mam nadzieję, że projekt będzie dalej rozwijał się pomyślnie. Bardzo dziękuję za rozmowę.