Autoreferat. Przebieg pracy zawodowej. dr hab. Małgorzata Lekka, prof. nadzw. IFJ PAN Instytut Fizyki Jądrowej PAN Radzikowskiego 152, Kraków

Transkrypt

1 dr hab. Małgorzata Lekka, prof. nadzw. IFJ PAN Instytut Fizyki Jądrowej PAN Radzikowskiego 152, Kraków Autoreferat Przebieg pracy zawodowej W latach studiowałam fizykę na Wydziale Matematyki, Fizyki i Informatyki Uniwersytetu Jagiellońskiego. W czerwcu 1993 roku studia zakończyłam obroną pracy magisterskiej zatytułowanej Preparatyka biologicznych tarcz pomiarowych dla metody PIXE na przykładzie łożyska poporodowego i krwi wykonywanej pod kierunkiem prof. W.M. Kwiatka. Swoją pracę zawodową rozpoczęłam 1 października 1993 roku w Instytucie Fizyki Jądrowej w Krakowie. Przebieg mojej pracy zawodowej jest pokazany w poniższej tabeli (Tabela. 1). Całkowita liczba lat pracy zawodowej wynosi 22 lata (od do chwili obecnej). Tabela. 1. Przebieg pracy zawodowej. Nazwa placówki Zajmowane stanowisko Okres pracy (od do) Instytut Fizyki Jądrowej Stażysta Instytut Fizyki Jądrowej Fizyk Instytut Fizyki Jądrowej Specjalista Instytut Fizyki Jądrowej PAN Adiunkt Po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego Instytut Fizyki Jądrowej PAN Adiunkt Instytut Fizyki Jądrowej PAN Docent Instytut Fizyki Jądrowej PAN Prof. nadzwyczajny nadal Pracę doktorską zatytułowaną Biologiczne zastosowania skaningowego mikroskopu sił wykonywałam w ramach Studium Doktoranckiego Instytutu Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego w Krakowie, w okresie od roku do roku, pod kierunkiem Prof. dr Andrzeja Z. Hrynkiewicza. Pracę obroniłam z wyróżnieniem roku (stopień doktora nauk fizycznych w zakresie biofizyki Rada Naukowa IFJ zatwierdziła ). W roku 1999 zostałam wyróżniona nagrodą im. Henryka Niewodniczańskiego za cykl prac dotyczących elastyczności i adhezji komórek biologicznych. W okresie od 1999 roku do roku pracowałam na stanowisku adiunkta. Pracę habilitacyjna zatytułowaną The use of atomic force microscopy as a technique for the identification of cancerous cells zaprezentowałam w 2007 roku jako raport IFJ PAN nr 2001/AP. Stopień doktora habilitowanego nauk fizycznych w zakresie biofizyki uzyskałam roku przed Radą Instytutu Fizyki Jądrowej PAN. Po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego pracowałam na stanowisku adiunkta do roku. Od 1 marca 2010 zostałam zatrudniona na stanowisku docenta (do ). Pierwszego października 2010 roku zostałam zatrudniona na stanowisku profesora nadzwyczajnego w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN, na którym pozostaję do chwili obecnej. W IFJ PAN jestem zaliczona do minimum kadrowego. W latach byłam stypendystką programu NATO w ramach projektu zatytułowanego Molecular interactions in normal and cancerous cells wykonywanego we współpracy z ICPM (Institute of Complex

2 of Physics Matter) na Politechnice w Lozannie w Szwajcarii (program Collaborative Research Grant LST.CLG kierownik projektu M.Lekka, w ramach projektu finansowane były tylko koszty moich pobytów we Szwajcarii tj. 5 miesięcznych wizyt z uwagi na fakt, że Szwajcaria nie jest krajem NATO). Badania dotyczyły charakterystyki oddziaływań molekularnych występujących pomiędzy lektynami a glikanami znajdującymi się na powierzchni żywej komórki w raku pęcherza moczowego. W latach , na Politechnice w Lozannie w Szwajcarii, prowadziłam badania dotyczące własności mechanicznych kapsułek żelowych elastycznych oraz cienkich warstw białkowych za pomocą mikroskopii sił atomowych pracującej w trybie spektroskopii siły i sił tarcia (artykuły w Langmuir, 2004; Appl. Phys. Lett., 2005; J.Chem.Phys, 2005). W tym czasie zainteresowałam się tematyką wpływu wolnych rodników na własności mechaniczne żywych komórek (Carbon, 2005, Adv. Func. Mat. 2006; Env. Sci. Technol. 2007). Przebieg pracy zawodowej po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego Po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego w listopadzie 2008 roku, pracowałam na stanowisku adiunkta do roku, docenta od do oraz profesora nadzwyczajnego od Od 2009 roku uczestniczyłam w badaniach elastyczności mięśni myszy i ludzi chorujących na dystrofie mięśniowe o różnym stopniu zaawansowania, prowadzonych we współpracy z Uniwersytetem w Lozannie, Politechniką w Lozannie oraz Szpitalem Uniwersyteckim w Lozannie (Szwajcaria). Od 1 marca 2010 roku kieruję Pracownią Badań Mikroukładów Biofizycznych w IFJ PAN. Obecnie mój zespół liczy 9 osób (wraz ze mną). W jego skład wchodzą jeden adiunkt, pięcioro doktorantów oraz dwie osoby pracujące na stanowiskach technicznych W 2011 roku zostałam stypendystką programu WZROST ( Wzmocnienie potencjału dydaktycznego UMK w Toruniu w dziedzinach matematyczno-przyrodniczych", nr projektu: POKL /10) dzięki, któremu jako profesor wizytujący pracowałam na Wydziale Fizyki Uniwersytetu im. M. Kopernika w Toruniu (od do ). Podczas mojej wizyty prowadziłam serię wykładów dotyczących różnorodnych aspektów związanych mikroskopią sił atomowych m.in. pomiaru elastyczności, sił oddziaływania czy mikroskopii sił tarcia. W latach brałam udział w Akcji COST TD1002, w sieci naukowej zatytułowanej European network on applications of Atomic Force Microscopy to NanoMedicine and Life Sciences. Sieć naukowa skupiała 51 grup (z 24 krajów). Prace badawcze skupiały się w 5 grupach tematycznych m.in. w grupie pracującej nad standaryzacją pomiarów elastyczności żywych komórek (w której byłam szczególnie zaangażowana).

3 Dorobek naukowy Mój aktualny dorobek naukowy obejmuje 77 współautorskich artykułów w czasopismach indeksowanych w bazie Web of Science; 12 prac spoza bazy Web of Science, 8 współautorskich rozdziałów do książek oraz 2 indywidualne pozycje książkowe: jedna praca to monografia habilitacyjna (wydana jako raport IFJ PAN 2001/AP w 2007 roku) a druga to książka zatytułowana Cellular Analysis by Atomic Force Microscopy (w druku Pan Stanford Publisher). Aktualne dane bibliometryczne (sierpnień 2015) według bazy Web of Science Core Collection (baza nie uwzględnia publikacji książkowych) to: - ogólna liczba cytowań = liczba cytowań bez autocytowań = współczynnik Hirsch a = 19 - średnia liczba cytowań na jedną publikacje = łączny impact factor czasopism, w których ukazały się moje artykuły wynosi = Porównanie danych bibliometrycznych przed i po habilitacji jest zawarte w Tabeli 2. Tabela. 2. Porównanie danych bibliometrycznych przed i po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego. Przed habilitacją (do grudnia 2008) Po habilitacji (od stycznia 2009) Sumaryczny IF Liczba Cytowań(bez autocytowań) Indeks Hirscha średnia liczba cytowań na jedną publikację Z uwagi na interdyscyplinarny charakter prowadzonych przeze mnie badań (w szczególności dostępność materiału biologicznego pochodzącego od pacjentów), opublikowane prace badawcze są pracami współautorskimi. We wszystkich pracach, w których mój wkład jest znaczący i dominujący - jestem autorem albo pierwszym autorem (18) albo autorem korespondencyjnym (33) albo ostatnim autorem (12). Uzyskane wyniki naukowe były także prezentowane, jako doniesienia konferencyjne. Ich łączna liczba to 191, w tym 39 razy były to moje doniesienia ustne (19 razy były to wystąpienia na zaproszenie na konferencjach o zasięgu międzynarodowym i krajowym). Osiągnięcia naukowe po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego Po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego do chwili obecnej opublikowałam, jako autorka i współautorka 33 artykuły w czasopismach indeksowanych w bazie Web of Science (m. in. w Nanomedicine IF = 5.955; Nature Nanotechnology IF = ; Biomacromolecules IF = 6.432; Arch. Biochem. Biophys ), autorską monografię Cellular Analysis by Atomic Force Microscopy (wydawnictwo Pan Stanford Publishing Pte. Ltd.) oraz dwa rozdziały w książkach pod redakcją (prace współautorskie). Inne moje prace w okresie po habilitacji to wystąpienia na konferencjach międzynarodowych i krajowych (85 prac konferencyjnych, w tym 9 wykładów na zaproszenie). W chwili obecnej wysłana jest jedna praca autorska do BioNanoScience (szacowany IF=2.4) oraz pięć współautorskich prac wysłanych do Ultramicroscopy (IF 1 =2.474), Nature Nanotechnology (IF=37.601), Applied Surface Science (IF=2.735), Plos One (IF=3.701) oraz Planta (IF=3.632). Przygotowywana jest 1 Podano IF pięcioletni

4 także publikacja Chemical and physical properties of PDMS substrates with regulated elasticity as a potentially fine cell culture substrata. Dodatkowo, po habilitacji wykonałam 59 recenzji artykułów naukowych (Acta Biomaterialia, IF = 6.589; Acta Biochemica and Biophysica Sinica, IF = 2.051; Acta Physica Polonica A, IF = 0.497; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, IF = 4.642; Applied Surface Science, IF = 2.735; Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes, IF = 3.881; Biophysical Journal, IF = 3.874; Cell Biology and Toxicology, IF = 2.482; Colloids and Surfaces A, IF = 2.832; Colloids and Surfaces B, IF = 4.400; Current Applied Physics, IF = 2.184; Current Nanoscience, IF = 1.199; Cytoskeleton, IF = 3.250; Environmental Science and Technology, IF = 6.326; Journal of the American Chemical Society, IF = ; Journal of Biological Physics, IF = 1.525; Journal of Biomedical Nanotechnology, IF = 4.138; Journal of Materials Chemistry, IF = 7.449; Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, IF = 3.478; Journal of Medical and Biological Engineering, IF = 1.116; Journal of Molecular Recognition, IF = 2.356; Journal of Optics UK, IF = 1.887; Journal of Physics: Condensed Matter, IF = 2.507; Journal of Physics D: Applied Physics, IF = 2.711; Langmuir, IF = 4.543; Medical Research Reviews, IF = 8.226; Micron, IF = 1.911; Microscopy and Microanalysis, IF = 2.208; Nanoscale, IF = 7.762; Nanomedicine - UK, IF = 5.955; Nanotechnology, IF = 3.885; Nature Nanotechnology, IF = ; New Journal of Physics, IF = 3.664; Nuclear Instruments and Methods B, IF = 1.226; PLOS One, IF = 3.702; RSC Advances, IF = 3.907; Scanning, IF = 1.777; Scientific Reports UK, IF = 5.597; Surface Interface Analysis, IF = 1.290; Soft Matter, IF = 4.289; Ultramicroscopy, IF = 2.474), 31 recenzji projektów NCN, NCBiR, MNiSW, 5 recenzji prac doktorskich (jedna w toku), oraz 1 ekspertyzę dla NCBR. W 2013 roku brałam udział w pracach komisji habilitacyjnej p. Bartosza Sucha, a w 2014 roku opracowałam recenzję dla Uniwersytetu w Tuffts (USA) jako recenzent zewnętrzny do oceny dorobku naukowego, wymaganej dla uzyskania pozycji z nieograniczonym czasem pracy (ang. tenue track evaluation). Staż naukowy za granicą po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego 11 miesięcy (całkowity okres stażu za granicą to 51 miesięcy (ponad 4 lata, głownie na Politechnice w Lozannie, Szwajcaria). Rozpoznawalność w nauce krajowej i zagranicznej Moja obecność w nauce krajowej i zagranicznej w dziedzinie biofizyki jest wyrażona poprzez liczbę cytowań ( przytaczana tutaj ilość cytowań nie obejmuje autocytowań) oraz poprzez: wykonywane recenzje artykułów naukowych (wszystkich recenzji było ponad 70 od 2003 roku) w takich czasopismach jak na przykład Nature Nanotechnology (IF=37.601), Plos One (IF=3.702), Nanomedicine (IF=5.955), Cytoskeleton (IF=3.250), Nanoscale (IF=7.762); wykonane recenzje projektów (od 2010 roku, po habilitacji) dla Canadian Foundation for Innovation (CFI), Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Commissariat à l'énergie atomique (CEA), Marsden Fund (Royal Society of New Zealand); wykonane recenzje pracy doktorskiej (Politechnika w Lozannie, Szwajcaria) oraz dorobku naukowego (Tuffts University; ocena dorobku dla potrzeb tenue track ); realizowane projekty w ramach współpracy bilateralnej w latach z Rosją (Skobeltyn Institute of Nuclear Physics, Moscow) oraz w latach z Austrią (Johannes Kepler University, Linz);

5 wygłoszone wykłady na konferencjach międzynarodowych (19, w tym 9 wykładów plenarnych na zaproszenie) oraz w instytucjach zagranicznych na zaproszenie (10); prowadzenie praktyk dla studentów z zagranicy (6 osób od 2012 roku z 4 krajów, Austria, Czechy, Hiszpania i Rumunia); udział w projekcie finansowanym przez EU w ramach Akcji COST TD1002 realizowanego w latach jako członek komitetu (tzw. MC member, management committee member) ze strony polskiej. Owocem udziału było powierzenie mi organizacji wakacyjnej szkoły COST poświęconej tematyce wykorzystania mikroskopii sił atomowych w biologii dla studentów polskich i zagranicznych finansowanej w ramach Akcji COST TD1002 (w Krakowie); udział jako ekspert zewnętrzny w pracach zespołu ekspertów nad opracowaniem dotyczącym perspektyw rozwoju biotechnologii do roku 2030, zatytułowanego En route to a Knowledge-based Bio-Economy. Dokument ten został zaprezentowany na konferencji European Bioperspectives w Kolonii (Niemcy) w dniach ; udział w pracach komitetu redakcyjnego czasopisma Micron (IF = 1.911). Ponadto, poniższe prace naukowe zostały wyróżnione: M.Lekka, A.J.Kulik, S.Jeney, J.Raczkowska, J.Lekki, A.Budkowski, L.Forro Friction force microscopy as an alternative tool for probing molecular interactions J. Chem. Phys., 123 (1) (2005) :1-7, została wyróżniona ponowną publikacją w Virtual Journal of Biological Physics Research 10(2) (2005). M.Lekka, P.Laidler, M.Łabędź, Andrzej J.Kulik, J.Lekki, W.Zając, Z.Stachura Specific detection of glycans on a plasma membrane of living cells using atomic force microscopy Chemistry & Biology, 13 (5) (2006) , została wyróżniona recenzją w Research highlights Nature Methods, (8) 585. B.Vileno, M.Lekka, A.Sienkiewicz, S.Jeney, G.Stoessel, J.Lekki, L.Forró, Z.Stachura AFM study of early changes in single cell stiffness induced by UV in the presence of nano-tio2, Environmental & Science Technology 41(14) (2007) , została wyróżniona recenzją w Research highlights Nature Nanotechnology, 2007, (doi: /nnano ). Na poziomie krajowym wykonuję ekspertyzy (NCBR), recenzje projektów (NCN, NCBR, FNP, Polsko- Amerykańska Komisja Fulbrigta), recenzje artykułów wydawanych w Polsce głównie dla Acta Physica Polonica A. Biorę aktywny udział w tematycznych konferencjach krajowych (21 wystąpień w tym 10 wykładów na zaproszenie) oraz wygłaszałam wykłady na seminariach w krajowych instytucjach (18). W latach 2008, 2010 oraz 2012 byłam członkiem komitetu doradczego programowego Seminarium pt. Badania prowadzone metodami skaningowej mikroskopii bliskich oddziaływań AFM/STM. W 2014 roku organizowałam warsztaty Obrazowanie w skali nano AFM i SNOM we współpracy z Wydziałem Chemii UJ, które odbyły się w dniach roku w Krakowie.

6 Prowadzone projekty badawcze Badania prowadzone przeze mnie są finansowane w ramach projektów badawczych, wykonywanych zarówno we współpracy z instytucjami zagranicznymi jak i polskimi (podsumowanie jest pokazane w Tabeli 3). Tabela. 3. Projekty badawcze. Instytucja finansująca nr rej. Charakter mojego udziału Czas realizacji Projekty realizowane przed uzyskaniem stopnia doktora habilitowanego: KBN 2P03B główny wykonawca KBN 2P03B główny wykonawca KBN 2P04A wykonawca KBN 2P04A kierownik KBN 2P04A wykonawca Granty na granty: FP7-PEOPLE-ITN-2008 (MEDIM) wykonawca 2008 FP7-PEOPLE-ITN-2009 (BRIX) wykonawca 2008 FP5-QLK4-CT (NANODERM) wykonawca zadania WP7 Cellular Response in vitro NATO LST.LGC kierownik (stypendysta) Projekty realizowane po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego: FP7-NMP4-SE (SMW) Umowa konsorcyjna kierownik w IFJ PAN FP7-HEALTH-2009 (RAMREC) kierownik MNiSW NN wykonawca MNiSW NN kierownik MNiSW NN wykonawca NCN Opus (UMO-2011/01/B/NZ9/00787) wykonawca NCN Harmonia (UMO-2011/01/M/ST3/00711) kierownik NCN Preludium (UMO-2011/01/N/ST3/02255) promotor NCN Preludium (UMO-2013/11/N/ST4/01860) promotor NCN Opus (UMO-2012/07/B/NZ6/03504) wykonawca NCN Sonata (UMO-2013/09/D/ST5/03859) wykonawca NCN Opus (UMO-2014/15/B/ST4/04737) kierownik NCBR nr.rej Umowa konsorcyjna Kierownik w IFJ PAN MNiSW NN wykonawca

7 Część badań była wykonywana w ramach współprac pomiędzy: IFJ PAN a Instytutem Fizyki Jądrowej w Moskwie (Skobeltyn Institute of Nuclear Physics, Moscow, Russia) w ramach projektów zatytułowanych: o Badania struktury cząsteczkowej kompleksów radioizotopowych stosowanych w diagnostyce i terapii medycznej, realizowanego w latach , o Struktura i siła wiązania par ligand receptor realizowanego w latach IFJ PAN a Instytutem Biofizyki w Linzu (Institute of Biophysics, Johannes Kepler University, Linz, Austria) w ramach projektów zatytułowanych: o Studies of correlation between surface receptors expression (integrins and cadherins) and mechanical properties of living cells na lata 2011/2012; numer 8507/R11/R12. o Single molecular characterization of integrin-mediated adhesion to laminin in normal human melanocytes and melanoma cells na lata ; numer PL 04/2013. w ramach sieci naukowej finansowej przez Akcję COST zatytułowana European network on applications of Atomic Force Microscopy to NanoMedicine and Life Sciences (TD1002) w latach Działalność dydaktyczna Praca ze studentami towarzyszy mojej pracy badawczej praktycznie od początku mojej kariery naukowej. Z uwagi na charakter instytutu, w którym jestem zatrudniona, moja główna działalność dydaktyczna jest związana z opieką naukową nad praktykantami, magistrantami oraz doktorantami (szczegółowa informacja jest zawarta w Tabeli 4). Prowadziłam opiekę nie tylko nad osobami pochodzenia polskiego. Pod moim kierunkiem swoje badania wykonywali praktykanci z Austrii, Czech, Hiszpanii i Rumunii wykorzystując techniki dostępne w IFJ PAN. Tabela.4. Opieka nad studentami, doktorantami podsumowanie. Uczelnia / kraj Forma opieki Czas Akademia Górniczo-Hutnicza, PL Opieka naukowa 6 osób Uniwersytet Jagielloński, PL Opieka naukowa 7 osób Uniwersytet w Gdańsku, PL Opieka naukowa 2 osoby 2010, 2015 Uniwersytet w Madrycie, Hiszpania Opieka naukowa 1 osoba 2012 Uniwersytet w Linzu, Austria Opieka naukowa 2 osoby 2013, 2015 Uniwersytet w Ołomuńcu, Czechy Opieka naukowa 2 osoby 2014 Uniwersytet w Bukareszcie, Rumunia Opieka naukowa 1 osoba 2015 Uniwersytet Jagielloński, PL Promotor prac magisterskich 6 osób Instytut Fizyki Jądrowej PAN, PL Opieka naukowa 2 osoby 2006, 2007 Instytut Fizyki Jądrowej PAN, PL Promotor prac doktorskich 6 osób Od 2005 roku do chwili obecnej (co roku) prowadzę zajęcia (wykład 6h i ćwiczenia 3h) dotyczące mikroskopii sił atomowych w ramach wykładu Metody biofizyczne w badaniach biocząsteczek i układów molekularnych prowadzonego na kierunku biofizyka dla studentów III roku na Wydziale Biochemii,

8 Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Wykład ten, co roku kończy się egzaminem, którego częścią jest także mikroskopia sił atomowych. Osiągnięcia dydaktyczne po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego: Po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego nadal prowadzę część zajęć dotyczącą mikroskopii sił atomowych (wykład i ćwiczenia) dla studentów III roku biofizyki na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii w ramach wykładu Metody biofizyczne w badaniach biocząsteczek i układów molekularnych. W 2011 roku uzyskałam stypendium, dzięki, któremu jako profesor wizytujący na Wydziale Fizyki Uniwersytetu im. M. Kopernika w Toruniu (od do ) prowadziłam serię wykładów dotyczących różnorodnych aspektów związanych mikroskopią sił atomowych m.in. pomiaru elastyczności, sił oddziaływania czy mikroskopii sił tarcia. W sierpniu 2014 roku prowadziłam wykłady dla uczestników wakacyjnej tygodniowej szkoły poświęconej tematyce wykorzystaniu mikroskopii sił atomowych w biologii organizowanej przez akcję COST TD1002 European network on applications of Atomic Force Microscopy to NanoMedicine and Life Sciences w Lille we Francji (zajęcia teoretyczne i praktyczne były prowadzone w języku angielskim). Opiekowałam się 15 praktykantami z instytucji krajowych oraz 6 z instytucji zagranicznych (Tabela 4). Ponadto, zostały wykonane 4 prace magisterskie pod moim kierunkiem. Równolegle prowadziłam i prowadzę opiekę nad pracami doktorskimi, które można podsumować w poniższy sposób: 1) liczba zakończonych przewodów doktorskich 2: dr Olesya Klymenko Relative plastic/elastic behaviour of cells by atomic force microscopy obrona pracy doktorskiej odbyła się roku (zatwierdzenie tytułu przez Radę Naukową IFJ PAN ), dr Szymon Prauzner-Bechcicki Wpływ własności chemicznych i fizycznych wybranych cienkich powierzchni polimerowych na własności adhezyjne komórek czerniaka obrona pracy odbyła się roku (zatwierdzenie tytułu przez Radę Naukową IFJ PAN ). 2) liczba otworzonych przewodów doktorskich 2: mgr Katarzyna Pogoda Rola sił mechanicznych generowanych przez otoczenie komórki w rozwoju raka prostaty planowana obrona wrzesień/październik 2015, mgr Justyna Bobrowska Charakterystyka struktury powierzchni komórek i jej korelacja z własnościami mechanicznymi cytoszkieletu planowana obrona w ) liczba prac doktorskich bez otwartego przewodu doktorskiego 2: mgr Barbara Orzechowska proponowana tematyka pracy Zmiany elastyczności pojedynczych komórek wywołane obecnością komórek sąsiadujących planowana obrona pracy w 2017 mgr Agnieszka Markiewicz proponowana tematyka pracy Własności adhezyjne pojedynczych kompleksów molekularnych eksperymentalna weryfikacja modeli teoretycznych planowana obrona pracy w 2018.

9 mgr Joanna Daniłkiewicz proponowana tematyka pracy Synergizm syndekanów i integryn w zmianach elastyczności komórek raka pęcherza moczowego planowana obrona pracy w Liczba opracowanych przeze mnie recenzji prac doktorskich wynosi 5, w tym jedna wykonana była dla Politechniki w Lozannie (Szwajcaria), 2 dla Politechniki w Poznaniu oraz jedna dla Politechniki w Warszawie. Piąta recenzja pracy doktorskiej jest w toku dla Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ w Krakowie. Ogromną satysfakcją są dla mnie osiągnięcia moich doktorantów: dr Olesya Klymenko grant promotorski MNiSW dr Szymon Prauzner-Bechcicki projekt NCN Preludium, stypendium NCN Etiuda mgr Katarzyna Pogoda stypendium Komisji Fulbrigta, stypendium NCN Etiuda mgr Justyna Bobrowska projekt NCN Preludium, stypendium NCN Etiuda. Działalność inna, w tym popularyzująca naukę, organizacyjna: Poza działalnością naukową i dydaktyczną, część mojej aktywności poświęciłam popularyzacji nauki prowadząc wykłady z zakresu mojej tematyki badawczej, głównie w ramach Festiwalu Nauki w Krakowie. W 2008 roku wygłosiłam wykład Wykorzystanie mikroskopii sił atomowych do detekcji zmian nowotworowych, parokrotnie organizowałam i prezentowałam technikę AFM w ramach dni otwartych IFJ PAN a w 2012 pełniłam funkcję pełnomocnika ds. organizacji Festiwalu Nauki w Krakowie z ramienia IFJ PAN. Ponadto, w 2012 roku, ukazał się artykuł popularnonaukowy zatytułowany Mikroskop do zadań specjalnych opisujący mikroskopię sił atomowych (Gracja, Wiosna 2012, 8-9). Od 2005 roku, co roku, organizuję w IFJ PAN ćwiczenia praktyczne do części wykładu Metody biofizyczne w badaniach biocząsteczek i układów molekularnych poświęconej tematyce mikroskopii sił atomowych (3 x 3h) dla studentów III roku na kierunku biofizyka. Wykład jest prowadzony na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ a ćwiczenia odbywają się w prowadzonej przeze mnie Pracowni Badań Mikroukładów Biofizycznych. W 2012 roku organizowałam wakacyjną szkołę poświęconą tematyce wykorzystania mikroskopii sił atomowych w biologii w Krakowie (organizowanej w ramach Akcji COST TD1002 European network on applications of Atomic Force Microscopy to NanoMedicine and Life Sciences ). W ramach tej szkoły prowadzone były zajęcia teoretyczne (wykłady) i praktyczne (pomiary na mikroskopach sił atomowych wypożyczonych przez firmę Bruker). Wykłady były prowadzone przez osoby będące specjalistami w tej dziedzinie z Polski i zagranicy (Francja, Hiszpanii, Włochy). W 2014 roku organizowałam wspólnie z grupą Pani prof. M.Barańskiej (Wydział Chemii UJ) warsztaty zatytułowane Obrazowanie w nano skali: AFM i SNOM, które odbyły się w dniach w Krakowie. W latach , pomagałam w organizacji konferencji Zakopane School of Physics organizowanej przez IFJ PAN (członek komitetu organizacyjnego w latach 1995, 1997, 2001, 2011 oraz 2014). Pracowałam też jako członek komitetu doradczego Seminarium AFM/STM Zakopane

10 w latach 2008 (V Seminarium AFM/STM); 2010 (VI Seminarium AFM/STM) oraz w 2014 (VII Seminarium AFM/STM). Jestem (lub byłam) członkiem następujących towarzystw: Europejskiego Towarzystwa Biomechanicznego od 2013 roku Polskiego Towarzystwa Synchrotronowego od 1994 roku Polskiego Towarzystwa Biofizycznego od 2013 roku Członek Material Research Society w roku 2012 Członek Polskiego Towarzystwa Hemoreologii i Mikrokrążenia, pełniona funkcja członek komisji rewizyjnej, od 2015 roku. Od 2015 roku, jestem członkiem Rady Naukowej Instytutu Agrofizyki Polskiej Akademii Nauk w Lublinie na okres kadencji Od 1 marca 2010 roku kieruję Pracownią Badań Mikroukładów Biofizycznych w IFJ PAN. Obecnie mój zespół liczy 8 osób (wraz ze mną). W jego skład wchodzą jeden adiunkt, 4 doktorantów oraz dwie osoby pracujące na stanowisku technicznym. Osiągnięcia prowadzonej przeze mnie Pracowni w okresie to uzyskanie finansowania w ramach 4 projektów NCN realizowanych przez IFJ PAN (Harmonia kierownik M.Lekka, Preludium kierownik Sz.Prauzner-Bechcicki (M.Lekka promotor); Preludium kierownik J.Bobrowska (M.Lekka promotor), Opus kierownik M.Lekka), 1 projektu NCBiR (partner konsorcjum, kierownik w IFJ PAN), udział w 5 projektach wykonywanych we współpracy (jako główny wykonawca lub wykonawca) z Instytutem Agrofizyki, Instytutem Fizyki UJ, Uniwersytetem w Białymstoku, Uniwersytetem Warszawskim i Uniwersytetem im. M.Kopernika w Toruniu. Owocem tych prac było 30 artykułów opublikowanych w czasopismach o zasięgu międzynarodowym takich jak Analytical Chemistry IF = 5.794, Nanomedicine (UK) IF = 5.955, Nanotoxicology IF = 7.322, czy Beilstein Journal of Nanotechnology IF = Tematyka badawcza: Wykorzystanie metod fizycznych do badań własności różnych układów biologicznych jest dziedziną, której poświęciłam praktycznie całą moją dotychczasową działalność naukową. Pierwszą pracą naukową z tej dziedziny była moja praca magisterska zatytułowana Preparatyka biologicznych tarcz pomiarowych dla metody PIXE na przykładzie łożyska poporodowego i krwi. Praca ta była wykonana pod kierunkiem dr hab. Wojciecha Kwiatka. Po jej obronie w 1993 roku, swoją pracę naukową rozpoczęłam w Zakładzie Spektroskopii Jądrowej w Instytucie Fizyki Jądrowej w Krakowie, dzieląc swój czas pomiędzy pomiary PIXE/SRIXE (na podstawie których był wyznaczany skład pierwiastkowy próbek pochodzących z łożyska poporodowego i krwi płodowej) a mikroskopię sił atomowych (AFM) będącą w ówczesnym czasie nowatorską metodą w dziedzinie biologii. Swoją działalność naukową rozwijałam pracując w Zakładzie Stosowanej Spektroskopii Jądrowej w Instytucie Fizyki Jądrowej w Krakowie pod kierunkiem prof. Andrzeja Z. Hrynkiewicza z ogromną pomocą dr Zbigniewa Stachury. Główną techniką pomiarową wykorzystywana przeze mnie była mikroskopia sił atomowych (AFM). W początkowym okresie pracy zajmowałam się stroną techniczną mikroskopii sił atomowych obejmującą opracowanie konstrukcji mechanicznej mikroskopu umożliwiającej pomiar żywych komórek w środowisku ciekłym, sposobu kalibracji pomiaru własności mechanicznych próbek biologicznych oraz wykazanie stosowalności AFM do pomiaru elastyczności komórek prawidłowych i nowotworowych. Mikroskop sił atomowych pracujący w IFJ został przeze mnie zmodyfikowany do pomiarów próbek biologicznych w środowisku ciekłym. Równocześnie z mechaniczną przeróbką mikroskopu, została przeprowadzona modyfikacja programu do akwizycji danych pomiarowych (dokonana przez dr Janusza Lekkiego), dzięki której stała się możliwa

11 rejestracja krzywych siła-odległość, stanowiących podstawę trybu pracy AFM zwanego spektroskopią sił. W prace te włączyłam się jako osoba proponująca procedury eksperymentalne, równocześnie pisząc program do analizy danych pomiarowych (Force). Ten tryb pracy został wykorzystany do badań zdolności żywych komórek do deformacji, co stanowiło podstawę mojej pracy doktorskiej zatytułowanej Biologiczne zastosowania skaningowego mikroskopu sił wykonanej pod kierunkiem prof. dr Andrzeja Hrynkiewicza. W pracy tej przedstawiono wyniki pomiarów elastyczności żywych komórek dla linii komórkowych moczowodu i pęcherza moczowego. Wszystkie pomiary wykonano w środowisku ciekłym, zapewniającym fizjologiczne warunki dla komórek: w środowisku wzrostu nabłonkowych linii komórkowych oraz w soli fizjologicznej. Deformacja komórki została wyznaczona poprzez wyznaczenie ugięcia powierzchni (indentacji) pojedynczej komórki przyklejonej do twardego podłoża. Dokładna kontrola wartości przyłożonej siły pozwoliła na ilościowe określenie elastyczności oraz scharakteryzowanie rodzaju i stanu komórki poprzez wartość modułu Younga. Ze względu na zastosowany zakres indentacji wyznaczone wartości modułu opisują głównie cytoszkielet, leżący bezpośrednio poniżej błony komórkowej. Porównanie własności mechanicznych komórek zdrowych i nowotworowych pochodzących z nabłonka moczowodu i pęcherza moczowego pokazało, że transformacja nowotworowa powoduje ogromną zmianę elastyczności cytoszkieletu, co zostało wytłumaczone zmianą organizacji cytoszkieletu. Zmiana ta może zostać spowodowana dekompozycją niektórych połączeń białkowych cytoszkieletu jak również stratą niektórych budujących go elementów. Po otrzymaniu stopnia naukowego doktora, nadal kontynuowałam prace badawcze związane z tematyką biologiczną szukając korelacji pomiędzy stanem nowotworowym komórki a jej własnościami mechanicznymi. Badania te były prowadzone we współpracy z prof. Piotrem Laidlerem z Katedry Biochemii Lekarskiej Collegium Medicum UJ w Krakowie. Prace z tego okresu (Lekka et al., Eur. Biophys. J oraz Lekka et al. App. Surf. Sci. 1999) pokazują większą deformowalność komórek nowotworowych. Jestem szczególnie dumna z faktu, że prace te są pierwszymi na świecie publikacjami pokazującymi, że mikroskop sił atomowych może być narzędziem wykorzystywanym do identyfikacji komórek o zmienionych własnościach mechanicznych. Potwierdzenie uzyskanych wyników pojawiło się dopiero w 2005 roku w pracy Guck et al. (Biophys. J., 2005). W 1999 roku zostałam nagrodzona Nagrodą im. Henryka Niewodniczańskiego za cykl prac poświęcony elastyczności żywych komórek (prawidłowych i nowotworowych). Wyniki te były zachętą do dalszych badań, w których zaobserwowano i opisano ilościowo korelację pomiędzy zmianą wartości modułu Younga a poziomem glikolizy w komórkach nowotworowych pęcherza moczowego (Biochim. Biophys. Acta 2001). Innym przykładem wykorzystania modułu Younga jako parametru opisującego zmiany zachodzące na poziomie komórkowym są badania własności mechanicznych fibroblastów skóry poddanych szkodliwemu działaniu wolnych rodników indukowanych przy współudziale nanocząstek TiO2. Rezultatem tych badań jest publikacja w Env. & Sci. Tech Badania te były częściowo finansowane przez projekt NANODERM (EU FP5), w którym byłam jednym z wykonawców zadania Cellular response in vitro. Waga tej pracy została doceniona wzmianką w Research highlights czasopisma Nature Nanotechnology ( ). Prowadzony przeze mnie ciągły rozwój metodyki pomiaru i analizy danych zaowocował badaniami własności elastycznych komórek krwi pochodzących od pacjentów cierpiących na chorobę niedokrwienną serca, cukrzycę, i nadciśnienie. Badania te były prowadzone w ścisłej współpracy z Katedrą Chorób Wewnętrznych i Gerontologii Collegium Medicum UJ (dr Maria Fornal). Wyniki ukazujące diagnostyczny aspekt modułu Younga zostały opublikowane w trzech publikacjach (Lekka et al. Biorheology 2005, Fornal et al. Clinical Hemorheology and Microcirculation, 2006, oraz w Fornal et al. Clinical Hemorheology and Microcirculation 2008). Równolegle z tymi badaniami, zajęłam się opracowaniem metodyki pomiaru siły adhezji przy użyciu mikroskopii sił atomowych (AFM). Zamieszczone w pracy habilitacyjnej wyniki są rezultatem badań prowadzonych w latach Zaprezentowane wyniki pochodzą z części badań dotyczącej pomiaru oddziaływań międzycząsteczkowych na powierzchni komórek prawidłowych i nowotworowych, w których

12 pełniłam wiodącą rolę. W pomiarach, które zostały w znaczącej części przeprowadzone w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, byłam zarówno osobą proponującą eksperyment jak również osobą wykonującą te pomiary. Część pomiarów umożliwiająca weryfikację opracowywanej metody została przeprowadzona przeze mnie w Instytucie Fizyki Materii Złożonej na Politechnice w Lozannie (na badania te uzyskałam stypendium w ramach projektu NATO na latach ). Początkowo pomiary wykonane były na prostym układzie symulującym oddziaływania pomiędzy naładowanymi powierzchniami występujące w roztworach wodnych elektrolitów (głównie chlorku sodu i wapnia). Pomiary zostały przeprowadzone dla ostrza AFM posiadającego ujemny ładunek, próbkującego powierzchnię czystej miki o ujemnym ładunku powierzchniowym oraz powierzchnię szkła o dodatnim ładunku powierzchniowym (wskutek pokrycia poli- L-lizyną). W pracach tych została podjęta próba wyznaczenia wielkości siły oddziaływania wiązań wodorowych (Acta Phys. Pol. A 2002). Pomiary te zostały przeprowadzone w wodnym roztworze chlorków Ca i Na, dwóch rodzajów jonów występujących w środowisku żywej komórki. Badane te pokazały możliwość wykonania pomiarów oddziaływania pomiędzy dobrze zdefiniowaną cząsteczką przymocowaną do próbkującego ostrza AFM a receptorem występującym na powierzchni żywej komórki. Ta możliwość otwarła zupełnie nowe pole studiów komórek nowotworowych, szczególnie istotne wobec faktu, że opisane wcześniej zmiany organizacji cytoszkieletu są zmianami niespecyficznymi, co oznacza, że wartość modułu Younga można wykorzystać jako wskaźnik zmian nowotworowych jedynie dla pewnych typów nowotworów (co zostało pokazane dla komórek pęcherza moczowego (Eur. Biophys. J. 1999) oraz komórek melanomy (Proc. Inter. Conf., eds. R.K.Mittal, N.N.Scharma, 2007). Zdolność komórek do adhezji jest realizowana poprzez oddziaływania pomiędzy pojedynczymi molekułami. Mikroskop sił atomowych jest znakomitym narzędziem do badań tych oddziaływań, głównie z uwagi na wysoką zdolność rozdzielczą i możliwość pomiaru w warunkach zbliżonych do tych które panują we wnętrzu organizmu. Badania były częściowo finansowane w latach przez grant KBN zatytułowanym Badanie siły wiązania par ligand receptor za pomocą skaningowego mikroskopu sił, którego byłam kierownikiem. Głównym celem studiów było określanie wielkości siły adhezji tworzącej się pomiędzy poszczególnymi parami ligand receptor w środowisku wodnym zawierającym jony soli. Szczególny nacisk został położony na rozróżnienie pomiędzy adhezją tworzącą się specyficznie (jako wynik oddziaływania tylko par ligand receptor; Eur. Biophys. J. 2004) a adhezją powstałą w wyniku oddziaływania pomiędzy naładowanymi powierzchniami w roztworach wodnych elektrolitów (Acta Phys. Pol. A 2002). Oddziaływanie pomiędzy wybranymi cząsteczkami biologicznymi było tematem kilku prac wykonanych przez dwie doktorantki znajdujących się pod moja opieka naukową. Prace te dotyczyły wyznaczania siły rozrywania kompleksów typu antygen-przeciwciało oraz lektyna-łańcuch oligosacharydowy dla pojedynczych kompleksów molekularnych. Mikroskop sił atomowych pracujący w trybie dynamicznej spektroskopii siły pokazał, że własności adhezyjne pojedynczych kompleksów są odmienne i nie zawsze mogą być opisane tylko poprzez stałe równowagowe procesu tworzenia się i zrywania pojedynczych kompleksów białkowych. Pomiary oddziaływań molekularnych na powierzchni żywych komórek zostały przeprowadzone przeze mnie dla oddziaływań glikanów z lektynami dla lektyn SNA (Sambucus nigra) oraz ConA (Canavalia ensiformis). Badania te zostały w późniejszym etapie rozszerzone o nową cząsteczkę glikanu zbudowanego z N-acetyloglucozaminy rozpoznawaną przez lektynę pochodzącą z Phaseolus vulgaris, oraz o oddziaływania występujące pomiędzy N-kadheryną i przeciwciałem monoklonalnym rozpoznającym tę kadherynę w sposób specyficzny. Celem tych badań było opracowanie metody analizy danych pozwalającej na wykorzystanie mikroskopu sił atomowych do identyfikacji komórek rakowych poprzez pomiar oddziaływań molekularnych. Analiza danych dostarczyła ilościowy opis własności pojedynczych kompleksów molekularnych, pokazując znaczące różnice w komórkach nowotworowych. Dla uzyskanych wyników eksperymentalnych został przeprowadzony ilościowy opis oddziaływań tych samych typów kompleksów w komórkach nowotworowych melanomy i pęcherza moczowego. Otrzymane wyniki dotyczące oddziaływań wybranych lektyn z glikanami, znajdującymi się na powierzchni nowotworowych komórek pęcherza moczowego zostały opublikowane w

13 Chemistry & Biology, 2006, a praca ta została doceniona wzmianką w Research highlights czasopisma Nature Methods ( ). Pozostała część wyników stanowi podstawę monografii (praca habilitacyjna) zatytułowanej The use of atomic force microscopy as a technique for the identification of cancerous cells. W celu jasnego i kompletnego opisu możliwości AFM, z całego materiału badawczego w monografii umieszczono pełne wyniki dotyczące różnic pomiędzy nowotworowymi i referencyjnymi komórkami pęcherza moczowego. Podsumowanie mojej działalności naukowej przed uzyskaniem stopnia doktora nauk habilitowanego jest zawarte w Tabeli 4. Tabela 4. Tematyka badawcza realizowana przed uzyskaniem stopnia doktora habilitowanego. Elastyczność pojedynczych komórek nowotworowych (tematyka pracy doktorskiej). Ilościowa ocena siły oddziaływania lektyn z glikanami w komórkach nowotworowych Własności reologiczne i mechaniczne erytrocytów pobranych od pacjentów chorujących na chorobę niedokrwienną serca, cukrzycę i nadciśnienie. Działanie wolnych rodników na komórki skóry Tematyka badawcza po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego Po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego kontynuowałam pracę badawczą nad własnościami fizycznymi miejsc wiążących N-kadheryny (białka odpowiadającego za oddziaływania typu komórkakomórka) w komórkach raka pęcherza moczowego. Mikroskopia sił atomowych (AFM) pracująca w trybie spektroskopii siły jest techniką, w której uzyskane wyniki siły wiązania są trudne do bezpośredniej weryfikacji z uwagi na pomiar własności pojedynczego kompleksu. Wykazanie poprawności wyników i interpretacji wymaga stosowania metod pośrednich takich jak mikroskopia fluorescencyjna czy technik elektroforetycznych, w których bada się własności układów zawierających o rzędy wielkości dużo więcej kompleksów molekularnych niż ma to miejsce w AFM. W ramach tematyki Podobieństwa i różnice własności miejsc wiążących N-kadheryny w komórkach nowotworowych, prowadziłam badania mające na celu pokazanie, że zmianom nowotworowym towarzyszą nie tylko zmiana ilości i rozłożenia receptorów znajdujących się na powierzchni komórki, ale także zmiana własności fizycznych pojedynczego kompleksu molekularnego utworzonego z jednej cząsteczki N-kadheryny i jednej cząsteczki przeciwciała monoklonalnego rozpoznającego kadherynę. Badanie te wzbogacone o wyniki uzyskane za pomocą techniki Western blot, mikroskopii fluorescencyjnej oraz barwienia immunohistologicznego (dostępne w ramach współpracy z Katedrą Biochemii Lekarskiej Collegium Medicum UJ) pokazały zmiany w ekspresji i własnościach fizycznych N-kadheryny w komórkach pęcherza moczowego pochodzących z różnych stadiów zaawansowania raka. Praca zawierająca uzyskane wyniki została opublikowana w J. Mol. Recognit. (2011). Poza kontynuacją tematyki bezpośrednio związanej z tematem mojej pracy habilitacyjnej, realizowałam badania związane z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych w nanomedycynie, które były w dużej mierze finansowane w ramach projektu NCN nr UMO-2011/01/M/ST3/ Interdyscyplinarny charakter projektu wymagał współpracy z różnymi grupami badawczymi (podsumowanie kierunków badawczych jest przedstawione w Tabeli 5).

14 Tabela 5. Tematyka badawcza realizowana po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego. Tematyka badawcza (kontynuacja tematyki pracy habilitacyjnej poszerzona o techniki wykorzystywane w biologii molekularnej) Podobieństwa i różnice własności miejsc wiążących N-kadheryny w komórkach nowotworowych (wyniki opublikowano w Lekka et al. J. Mol. Recognit. 2011) Tematyka badawcza nowe kierunki (wyniki uzyskane w ramach realizacji poniższych kierunków badawczych zaowocowały 33 artykułami indeksowanymi w bazie ISI Web of Science) Elastyczność komórek jako względny biomarker zmian nowotworowych. (a) Własności nano- i biomechaniczne pojedynczych komórek w progresji czerniaka (b) Względność modułu Younga wyznaczanego dla żywych komórek (c) Elastyczność komórek a zmiany molekularne obserwowane w powstawaniu raka (d) Oddziaływanie komórek z podłożem wykonanym z cienkich warstw polimerowych Tkankowy biomarker mechaniczny chorób nowotworowych i dystrofii mięśniowych. Mikroskopia sił tarcia Poniżej zawarłam krótki opis realizowanych tematyk badawczych z pominięciem kontynuowanych badań dotyczących N-kadheryny. Elastyczność komórek jako względny biomarker zmian nowotworowych. Badania własności mechanicznych komórek dostarczają informacji o zmianach zachodzących na poziomie pojedynczych komórek co sprawia, że wykrywanie komórek rakowych można przeprowadzać bardzo wcześnie, kiedy guz jest zbudowany z niewielkiej ich liczby (kilkudziesięciu komórek). Uzyskanie korelacji pomiędzy własnościami mechanicznymi komórek (ich zdolnością do deformacji) a ich własnościami fenotypowymi, charakterystycznymi dla określonego typu i stadium rozwoju nowotworu, otworzy drogę do wykorzystania techniki mikroskopii sił atomowych jako alternatywnej lub uzupełniającej techniki diagnostycznej. Stąd też zainteresowałam się badaniami szukającymi odpowiedzi na pytania czy możliwe jest wykrycie pojedynczej komórki lub grupy kilku-kilkudziesięciu komórek nowotworowych oraz czy względna wartość wyznaczanego modułu Younga (parametru opisującego elastyczność komórek) pozwala na wiarygodną stosowalność w diagnostyce choroby nowotworowej i dystrofii mięśniowych. Te pytania są jednymi z podstawowych pytań dotyczących detekcji i diagnostyki zmian patologicznych obserwowanych zarówno w materiale komórkowym jak i tkankowym. Komórka jest układem dynamicznym zmieniającym swoją strukturę i własności fizyko-chemiczne zarówno w zależności od procesów zachodzących czy to na powierzchni błony komórkowej czy we wnętrzu komórki jak również w odpowiedzi na własności otaczającego ją środowiska. Konsekwencją dynamicznej natury komórek jest ciągła zmiana struktury i własności fizyko-chemicznych, w szczególności własności elastycznych w odpowiedzi na własności otaczającego ją środowiska jak i na zmiany zachodzące we wnętrzu samej komórki. Prowadzone przeze mnie badania nad elastycznością żywych komórek jako biomarkera zmian nowotworowych wyznaczanej na poziomie pojedynczej komórki można podzielić na poszczególne zagadnienia związane z (a) charakterystyką własności nanomechanicznych komórek czerniaka, (b) oceną względności wartości modułu Younga, (c) poszukiwaniem korelacji pomiędzy elastycznością komórek a zmianami molekularnymi obserwowanymi podczas powstawania nowotworu, oraz (d) charakterystyką oddziaływań pojedynczej komórki z podłożem o różnych własnościach fizykochemicznych.

15 (a) Własności nano- i biomechaniczne pojedynczych komórek w progresji czerniaka Czerniak skóry jest najbardziej agresywnym i zabójczym nowotworem skóry, dla którego umieralność nadal rośnie pomimo znacznego postępu w jego leczeniu. Dlatego też, istnieje ogromne zainteresowanie opracowywaniem nowych prognostycznych biomarkerów, które mogłyby rozróżniać złośliwe i niezłośliwe zmiany skórne a tym samym identyfikowałyby pacjentów ze zmianami nowotworowymi grupy wysokiego ryzyka wymagających większej uwagi lekarza oraz znacznie mogłoby poprawić wczesne rozpoznawanie symptomów czerniaka prowadząc do lepszej diagnozy i leczenia pacjenta. Badania prowadzone pod moim kierunkiem skupiają się na biomechanicznej charakterystyce własności mechanicznych pojedynczej komórki czerniaka oraz skorelowania ich ze strukturą i stanem komórki. Uzyskane wyniki pokazały, że własności mechaniczne mierzone na poziomie pojedynczej komórki mogą być opisane poprzez trzy parametry: moduł Younga (elastyczność komórki), indeks plastyczności i współczynnik lepkości, których wartości mogą być skorelowane ze strukturą komórki, głównie jej cytoszkieletem. Wynikiem tych badań jest artykuł w Acta Phys.Pol. A 2009 opisujący własności lepkosprężyste fibroblastów i komórek czerniaka przy użyciu wartości modułu Young a i indeksu plastyczności oraz praca doktorska dr Olesyi Klymenko wykonana pod moim kierunkiem (obroniona w 2010 roku). Badanie te są dalej prowadzone we współpracy z Instytutem Biofizyki Uniwersytetu im. J.Keplera w Linzu (Austria). W ramach tej współpracy prowadziłam badania nad nano-charakterystyką własności komórek czerniaka o podobnej morfologii i zaawansowaniu czerniaka. Wyniki tej współpracy zostały zawarte w pracy Eur. Biophys. J. (2015). Pozwoliły one stwierdzić, że zmiana elastyczności jest nie tylko wynikiem organizacji włókien cytoszkieletu komórkowego ale także jest związana w własnościami błony komórkowej. Na szczególną uwagę zasługuje wykorzystanie mikroskopii sił atomowej zintegrowanej z mikroskopem fluorescencyjnym pozwalającej na uzyskanie obrazu topograficznego i fluorescencyjnego z tego samego miejsca na komórce (tzw. technika jednoczesnej fluorescencji i pomiaru topografii powierzchni). Wykorzystanie tych technik pokazało, że pomimo podobnej morfologii obu badanych linii komórkowych czerniaka, komórki linii WM266-4 posiadały bardziej pofałdowaną powierzchnię w porównaniu do komórek linii WM115 pochodzących z wcześniejszego stadium rozwoju czerniaka. Obecność fałd (marszczeń) odpowiadała za większą deformowalność komórek pochodzących z późniejszego stadium rozwoju raka. Powstało pytanie czy obecność fałd jest skorelowana ze zmianami ekspresji integrynowych receptorów powierzchniowych odpowiadających za adhezję melanocytów do błony podstawnej czy powodujące migrację tych komórek. Poznanie odpowiedzi jest kluczowe dla zrozumienia adhezyjnych i migracyjnych własności melanocytów prowadzących do czerniaka, dlatego też, badana jest ilościowa charakterystyka oddziaływań molekularnych z udziałem lamininy lub jej fragmentów w badanych melanocytach i komórkach czerniaka. Specyficzne receptory lamininy tj. integryny oraz receptor lamininy 67LR są badane w celu poszukiwania odpowiedzi czy zmiana ekspresji integryn i 67LR w komórkach czerniaka jest związana ze zmianą własności wiążących receptorów na poziomie strukturalnym i funkcjonalnym). (b) Względność modułu Younga wyznaczanego dla żywych komórek Wyznaczanie liczbowej wartości modułu Young a dokonywane za pomocą mikroskopii sił atomowych nie jest ostatecznym kryterium oceny własności elastycznych pojedynczych komórek. Wyznaczana wartość modułu Younga jest wielkością względną, której wartość zależy od wielu czynników. Czynniki te można sklasyfikować jako te zależne od (i) zastosowanej metodyki kalibracji mikroskopu sił atomowych, (ii) zmienności badanego materiału biologicznego (komórek i tkanek), (ii) zmienności warunków pomiarowych, (iii) zastosowanego modelu teoretycznego do opisu badanego układu, (iv) sposobu analizy danych pomiarowych, oraz (v) własności fizyko-chemicznych powierzchni, na której rosną komórki. Konsekwencja tego stanu rzeczy jest fakt, że absolutna wartość modułu Younga dla żywych komórek jest bardzo trudna do uzyskania. Wykorzystanie wartości modułu Younga jako nowego czynnika diagnostycznego wymaga opracowania odpowiedniej metody standaryzacji wyników, aby możliwe było

16 porównanie pomiędzy laboratoriami. Względność wartości modułu Younga oraz jej wykorzystanie w diagnostyce nowotworów została podniesiona przeze mnie komentarzu opublikowanym w Nature Nanotechnology, Mniej więcej w tym samym czasie zostały przeprowadzone przeze mnie badania nad czynnikami wpływającymi na wyznaczaną wartość modułu Younga tj. prędkości z jaką następuje ugięcie materiału, czasu pomiaru, miejsca próbkowania, wpływu własności chemicznych podłoża, itp. Wyniki te wykazujące względność wartości modułu Younga dla komórek nowotworowych zostały opublikowane jako artykuły w Micron 2012 oraz Arch. Biochem. Biophys Prace badawcze nad metodą standaryzacji pomiaru elastyczności były prowadzone w ramach sieci naukowej finansowanej przez EU COST TD1002 European network on application of Atomic Force Microscopy to NanoMedicine and Life Sciences. Głównym owocem prac dotyczących standaryzacji pomiarów jest praca zatytułowana Standardized Atomic Force Microscopy method for measuring mechanical properties of soft samples: the Dubrovnik procedure. Dalsze zaangażowanie środowiska naukowego w tematykę biomechaniki pojedynczej komórki zaowocowały złożeniem kolejnego projektu w ramach funduszy COST, którego jestem głównym wnioskodawcą (tzw. main proposer). Zainteresowanie planowanym projektem potwierdziło 29 instytucji z 17 krajów (tzw. secondary proposers). Głównym założeniem projektu jest pokazanie stosowalności markera biomechanicznego do diagnostyki różnorodnych chorób oraz wykazanie przydatności technik, które pozwalają na pomiar elastyczności pojedynczych komórek. Jedną z prac wykonywanych pod moim kierunkiem jest pomiar elastyczności komórek raka pęcherza moczowego pochodzących z różnych stadiów zaawansowania raka (o histologicznym stopniu złośliwości II, III i III/IV). W pracy tej (Ramos et al. Beilstein J Nanotechnol. 2014) pokazano, że zmiany własności elastycznych komórek raka pęcherza moczowego zachodzą we wczesnym stadium progresji nowotworowej i są skorelowane z ilością aktyny w komórkach. Przestrzenna organizacja włókien aktynowych nie jest dominującym czynnikiem odpowiedzialnym za własności elastyczne komórek pęcherza moczowego. Odpowiedź komórki na zmieniające się warunki otoczenia była inspiracją przeprowadzenia pomiarów zmian modułu elastyczności pojedynczych komórek dla wybranego rodzaju białka macierzy zewnątrzkomórkowej tj. lamininy w przypadku raka pęcherza moczowego, lamininy i kolagenu w przypadku czerniaka (opracowywana w tej chwili praca w ramach współpracy z Instytutem Biofizyki JKU w Linzu w Austrii) oraz fibronektyny w przypadku raka prostaty). Wiele doniesień literaturowych pokazuje zmianę ilości i rozłożenia białek macierzy zewnątrzkomórkowej wywołanych progresją nowotworową. Pojedyncze komórki rakowe zawarte w takim otoczeniu reagują inaczej na bodźce zewnętrzne niż komórki prawidłowe, dodatkowo, w ostatnich latach powstało pytanie do jakiego stopnia można wykorzystać wyniki uzyskane dla unieśmiertelnionych komórek hodowanych na podłożach sztywnych (jakich jak szkło) podczas gdy własności mechaniczne tkanek znajdujących się w ludzkim organizmie to materiały charakteryzujące się określonymi własnościami lepkosprężystymi, których moduł Younga zawiera się przedziale kilkuset Pa (tkanka mózgu) do kilkuset MPa (chrząstka). Wykorzystanie materiałów o większej deformowalności jako podłoży do hodowli komórkowych umożliwia uzyskanie wyników zbliżonych do warunków fizjologicznych. Prowadzone w ostatnich latach badania z zakresu biomechaniki pokazują jednoznacznie, że parametry fizykochemiczne tkanek takie jak elastyczność, adhezja, lepkość, napięcie powierzchniowe ulegają zmianom zarówno podczas starzenia się organizmu jak i w procesach chorobowych (np. chorobach układu sercowo-naczyniowego, zwyrodnieniach, stanach zapalnych oraz nowotworach). Stąd też powstał pomysł badań jak zachowują się komórki nowotworowe na podłożach o własnościach elastycznych zbliżonych do wartości występujących w naturalnym środowisku komórek. W tej chwili jest wysłana praca (Lekka et al. Nature Nanotechnology) pokazująca zachowanie się komórek pęcherza moczowego. Ponadto, ostatnio powstała praca doktorska pod moim kierunkiem dotycząca własności komórek raka prostaty (doktorantka p. Katarzyna Pogoda, planowana obrona październik 2015).

17 (c) Elastyczność komórek a zmiany molekularne obserwowane w powstawaniu raka Powstawanie nowotworów jest związane z wieloma różnorodnymi zmianami zachodzącymi na poziomie komórkowym, molekularnym i chemicznym. W szczególności, wynikiem zmian nowotworowych może być odmienny skład chemiczny powierzchni komórki związany z nadmierną ekspresją receptorów powierzchniowych biorących udział w procesie powstawania przerzutów. Z uwagi na fakt, że receptory powierzchniowe są w większości związane z cytoszkieletem komórek, można założyć, że obserwowana większa deformowalność komórek rakowych jest związana ze zmianami zachodzącymi za powierzchni komórek. W badaniach nad korelacją pomiędzy własnościami mechanicznymi (cytoszkielet) a chemicznymi (powierzchnia) komórki pokazano, że zmiany składu chemicznego powierzchni komórek raka pęcherza moczowego są na tyle istotne, że zastosowanie spektrometrii masowej jonów wtórnych z analizatorem czasu przelotu (ToF SIMS) oraz analizy składowych pierwotnych (PCA) pozwala na efektywne rozróżnianie pomiędzy komórkami o różnym stadium zaawansowania raka. Wyniki te zaowocowały pomysłem pracy doktorskiej mgr J. Gostek (obecnie J. Bobrowskiej), realizowanej pod moim kierunkiem, oraz pracą opublikowaną w Anal. Chem Wydaje się, że obserwowane zmiany składu chemicznego, morfologii komórki i jej elastyczności zależałą od stadium rozwoju nowotworu. Ta przesłanka stanowi kryterium wyboru modelu komórkowego do dalszych badań wybrane zostały linie komórkowe czerniaka reprezentujące różne stadia jego rozwoju od melanocytów do zaawansowanych przerzutów (skóry i płuc). Znalezienie korelacji pomiędzy składem chemicznym błony komórkowej a morfologią i elastycznością komórek pozwoli na uzyskanie parametrów, które w sposób ilościowy opisywałyby zmiany zachodzące podczas progresji nowotworowej w wielu typach nowotworów. (d) Oddziaływanie komórek z podłożem wykonanym z cienkich warstw polimerowych Od 2008 roku uczestniczyłam w badaniach prowadzonych we współpracy z Zakładem Inżynierii Nowych Materiałów Instytutu Fizyki UJ dotyczących adsorpcji wybranych białek na powierzchniach cienkich warstw polimerowych, których głównym celem był rozwój strategii tworzenia mikro-macierzy białek (lektyn) przez ich selektywną adsorpcję do regularnych powierzchniowych struktur domenowych wieloskładnikowych cienkich warstw polimerów funkcjonalnych. W ramach tych badań powstało szereg prac z moim udziałem opublikowanych m.in. w Langmuir 2008, Biomacromolecules 2009, Coll. Surf. B: Biointerf Uzyskane doświadczenie i wyniki zapoczątkowały pomiary oddziaływań pojedynczych komórek z powierzchnią cienkich warstw polimerowych o różnych własnościach. Pomiary te stały się podstawą pracy doktorskiej dr Szymona Prauzner-Bechcickiego wykonywanej pod moim kierunkiem (obronionej w 2014 roku). Badanie te obejmowały ocenę adhezji żywych komórek w odpowiedzi na zmieniające się własności podłoży polimerowych takich jak skład chemiczny, szorstkość, hydrofobowość/hydrofilowość czy elastyczność. Wykorzystanie wielu technik pomiarowych tj. mikroskopii sił atomowych, spektrometrii ToF SIMS czy XPS, techniki pomiaru kata zwilżania czy nanoindentera pozwoliło wykazać, że komórki przylegają do powierzchni o zadanych własnościach topograficznych, chemicznych i mechanicznych w zależności od rodzaju komórki oraz stopnia zaawansowania raka. Część uzyskanych wyników została opublikowana w J. Mech. Behav. Biomed. Mat Opisano własności adhezyjne komórek rakowych (czerniak, rak prostaty) na podłożach polimerowych o określonych własnościach chemicznych i morfologicznych (takich jak struktura chemiczna podłoży, hydrofobowość czy topografia powierzchni). Przyleganie komórek może być oceniane za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej poprzez oszacowanie pola powierzchni komórek przylegających do badanej powierzchni. Jednakże, aby ocenić siłę oddziaływania w układzie komórka-podłoże wykorzystuje się technikę mikroskopii sił atomowych, w której próbnikiem jest pojedyncza żywa komórka (tzw. Single Cell Force Spectroscopy, SCFS). Wyniki uzyskane w ramach tych badań pokazały, że w zależności od własności fizyko-chemicznych badanych podłoży cienkich warstwa polimerowych wielkość siły potrzebnej na oderwanie pojedynczej

18 komórki od podłoża zależy silnie od hydrofobowości/hydrofilowości powierzchni powiązanej z jej składem chemicznym oraz od rodzaju komórek W chwili obecnej kolejna praca z tej tematyki została wysłana do Applied Surface Science. Tkankowy biomarker mechaniczny choroby nowotworowej i dystrofii mięśniowych. Dzięki pobytom na Politechnice w Lozannie oraz współpracy z grupą prof. Nicolasa Mermoda i szpitalem w Lozannie (CHUV) wzięłam udział w projekcie dotyczącym opracowania metodyki pomiaru własności elastycznych mięśni pochodzących od pacjentów chorujących na dystrofię mięśniową o różnym typie i stopniu zaawansowania. Pomiary były równolegle wykonywane na układzie modelowym, którym były myszy zdrowe C57BL6 oraz myszy chorujące na dystrofię mięśniową Duchenne'a. Moim zadanie było opracowanie metodyki, wykonanie, opracowanie i interpretacja wyników pomiaru własności elastycznych mięśni. Owocem tej współpracy są wspólne publikacje w Molecular Therapy 2009, BMC Molecular Biology 2013 oraz Nanomedicine, Dzięki dostępowi do materiału tkankowego (w ramach tej współpracy przebadanych zostało ponad 400 wycinków i biopsji) została opracowana zarówno metodyka pomiaru jak i sposób przechowywania próbek w ciekłym azocie tak, aby ich własności mechaniczne nie zostały zaburzone. Podobne pomiary na mniejszej ilości wycinków zostały przeprowadzone w Krakowie we współpracy z prof. Piotrem Laidlerem (z Katedry Biochemii Lekarskiej Collegium Medicum UJ) dla tkanek zmienionych nowotworowo wyniki ukazały się w pracy opublikowanej w Arch. Biochem. Biophys. 2012, która jest pierwszą praca na świecie pokazująca, że mikroskopia sił atomowych może być wykorzystana także do pomiaru własności elastycznych tkanek. Mikroskopia sił tarcia Ważnym rozdziałem mojej pracy badawczej było wykorzystanie mikroskopii sił tarcia do detekcji oddziaływań pojedynczych kompleksów molekularnych. Motorem takich badań jest fakt, że jednym z podstawowych ograniczeń spektroskopii sił jest potrzeba rejestracji ogromnej liczby danych pomiarowych (kilku tysięcy krzywych siła-odległość rejestrowanych dla jednego przypadku). Dlatego też część moich wysiłków poświęciłam próbie optymalizacji tego typu pomiarów poprzez wykorzystanie mikroskopu sił tarcia. Podobnie jak w klasycznej spektroskopii sił, na powierzchni próbkującego ostrza AFM i podłoża umieszczane są cząsteczki komplementarnej pary białek. Różnica pomiędzy tymi dwiema metodami polega na innym sposobie pomiaru wychylenia sprężynki w mikroskopie sił tarcia mierzone jest skręcenie sprężynki, które jest funkcją wielu indywidualnych wiązań cząsteczkowych. Przy tym sposobie pracy z jednego pomiaru otrzymuje się dwuwymiarową mapę oddziaływań, zatem czas eksperymentu (i analizy) zmniejsza się znacząco. Pierwsze, obiecujące wyniki uzyskane dla oddziaływania typu lektyna-glikan zostały opublikowane w J. Chem. Phys., Jednym z głównych ograniczeń stosowalności mikroskopii sił tarcia jest dosyć trudna kalibracja mierzonego sygnału. Opracowanie sposobu kalibracji oraz wykazane nakładanie się wyników uzyskanych za pomocą mikroskopii sił tarcia oraz klasycznej spektroskopii sił zostało opublikowane w Beilstein Journal of Nanotechnology w 2015 roku. Dalsze plany badawcze Tematyka badawcza, która już jest lub będzie realizowana przez mnie i mój zespół w dalszych latach to zagadnienia związane z: poznaniem biofizycznego mechanizmu synergii integryn i syndekanów w raku pęcherza moczowego. Badania finansowane są przez projekt NCN na lata , zatytułowany Biofizyczny mechanizm synergii integryn i syndekanów w adhezji komórek pęcherza moczowego do elementów strukturalnych macierzy zewnątrzkomórkowej, kierownik M.Lekka.

19 opracowanie nowego systemu klasyfikacji raka pęcherza moczowego w oparciu o własności mechaniczne i markery EMT. Tematyka jest realizowana w ramach współpracy z Katedrą Biochemii Lekarskiej Collegium Medicum UJ, Katedrą Patomorfologii Collegium Medicum UJ oraz Klinika Urologii UJ. poznaniem mechanizmu przekazu sygnału mechanicznego w komórkach nowotworowych i roli własności elastycznych w tym procesie. badaniem własności nano i biomechanicznych komórek czerniaka, w szczególności kontynuowane będą badania (i) korelacji pomiędzy elastycznością a składem chemicznym komórek czerniaka oraz (ii) badania własności receptorów do lamininy. Znaczenie praktyczne uzyskanych przeze mnie wyników Badania naukowe prowadzone przeze mnie, tj. badania dotyczące własności mechanicznych (w ogólności elastyczności i adhezji) komórek rakowych, są nadal badaniami podstawowymi o potencjalnym wykorzystaniu do wczesnej diagnostyki choroby nowotworowej. Zrozumienie mechanizmów rządzących zachowanie pojedynczych komórek oraz zdefiniowanie molekuł kluczowych dla biomechaniki komórki pozwoli na lepsze opracowanie metod wykrywania, diagnostyki oraz monitorowania leczenia nie tylko w przypadku nowotworów ale też w innych typach chorób. Zainteresowanie problematyką badawczą związaną ze zmianami własności mechanicznych żywych komórek jest także możliwe ze strony przemysłu. Jedną z pierwszych prób wykorzystujących potencjał techniki AFM w której uczestniczyłam był projekt realizowany w ramach funduszy europejskich 7 programu ramowego (EU FP7). Projekt zatytułowany Single Molecule Workstation był realizowany w latach w IFJ PAN (projekt SMW, koordynator z ramienia IFJ PAN - M.Lekka). W projekcie tym uczestniczyło 5 firm (TILL I.D. GmbH, TILL Photonics GmbH, Anasys Instruments Ltd, Arivis Multiple Image Tools GmbH, Agilent Technologies Osterreich GmbH) obejmujących pracujących nad konstrukcją mikroskopu AFM, oprogramowaniem i analizą danych. Zadaniem IFJ PAN było pokazanie, że powstała konstrukcja mikroskopu jest z powodzeniem stosowana do wykrywania komórek o zmienionych własnościach mechanicznych. Uzyskany wynik pokazał, że istotnie automatyzacja oprogramowania i analizy danych pomaga w wykrywaniu komórek o zmienionych właściwościach mechanicznych. Innym przykładem są badania prowadzone przeze mnie w latach z austriacką firmą Center for Advanced Bioanalysis GmbH. Owocem wspólnych prac jest artykuł opublikowany w Eur. Biophys. J dotyczący oceny własności mechanicznych pojedynczych komórek czerniaka dokonana za pomocą mikroskopu sił atomowych zintegrowanego z mikroskopem fluorescencyjnym. W tej chwili (czerwiec 2015) jest przygotowywana praca dotycząca charakterystyki oddziaływań lamininy tj. białka macierzy zewnątrzkomórkowej z integrynami znajdującymi się na powierzchni komórek pochodzących z dwóch stadiów zaawansowania czerniaka. W roku 2015 zostało pozyskane finasowanie na realizację projektu NCBiR zatytułowanego Opracowanie nowych funkcjonalnych, aktywnych biologicznie powłok przeznaczonych na elementy wyposażenia placówek medycznych (PBS, ścieżka B, na lata ). Zadania badawcze będą realizowane w ramach umowy konsorcyjnej z partnerem naukowym (Instytut Metali Nieżelaznych w Gliwicach) oraz partnerami przemysłowymi (firmy: Certech, Alvo, Lipopharm). Celem projektu jest opracowanie nowych funkcjonalnych stopowych i kompozytowych powłok na bazie miedzi wykazujących właściwości przeciwbakteryjne wytwarzanych technikami natryskiwania cieplnego. Bezpośrednim przeznaczeniem opracowanych powłok są elementy wyposażenia placówek medycznych. Opracowanie powłok w oparciu o techniki natryskiwania cieplnego umożliwi w przyszłości szerokie ich zastosowanie w obiektach użyteczności publicznej. Proponowane w ramach realizacji prace wpisują się w światowe trendy poszukiwania rozwiązań mających na celu minimalizowanie zakażeń związanych z wieloopornymi

20 szczepami bakterii. Projekt realizowany będzie przez interdyscyplinarne konsorcjum składające się ze specjalistów z inżynierii materiałowej, biofizyki, mikrobiologii oraz dwóch partnerów przemysłowych. Najważniejsze osiągnięcie naukowe Niewątpliwie najważniejszym moim osiągnieciem naukowym w mojej karierze naukowej było wykazanie, że deformowalność komórek nowotworowych jest o rząd wielkości większa niż deformowalność odpowiadającym im komórkom prawidłowym. Prace Lekka et al., Eur. Biophys. J oraz Lekka et al. App. Surf. Sci są pierwszymi na świecie pracami pokazującymi, że mikroskop sił atomowych (AFM) może być narzędziem wykorzystywanym do identyfikacji komórek o zmienionych własnościach mechanicznych. Potwierdzenie uzyskanych wyników pojawiło się dopiero w 2005 roku w pracy Guck et al. (Biophys. J., 2005). Zainteresowanie oddziaływaniami z udziałem receptorów powierzchniowych pozwoliło uzyskać wyniki wskazujące, że zmianom ekspresji (ilości) i rodzaju receptorów powierzchniowych towarzyszy także zmiana własności pojedynczych kompleksów molekularnych jak zostało pokazane w pracy Lekka et al. Chemistry & Biology 2006 oraz Lekka et al. J. Mol. Recognit Diagnostyka raka obejmuje badanie podmiotowe i przedmiotowe chorego a rozpoznanie raka jest zwykle oparte o badanie histopatologiczne. Niemniej jednak zdarzają się przypadki trudne do rozwiązania takie jak na przykład rozróżnienie pomiędzy guzami naciekającymi i nienaciekającymi na mięśniówkę pęcherza moczowego w początkowym etapie inwazji. Właściwa diagnoza ma istotne znaczenie przy wyborze postępowania terapeutycznego, a co za tym idzie powodzenia leczenia. Większość badań nad mechanizmem powstawania nowotworów skupia się na odpowiedzi komórek na różnorodne bodźce chemiczne takie jak czynnik wzrostu, cytokiny czy metabolity. Komórki to wysoce dynamiczne struktury, które w odpowiedzi na różne zewnętrzne, ale i wewnętrzne bodźce zmieniają zarówno swoje własności biochemiczne, jak i mechaniczne. Dość dobrze poznano proces przekazywania sygnałów w komórce z biochemicznego punktu widzenia natomiast wpływ zmian własności na proces powstawania przerzutów jest znacznie mniej zbadany. Stosowanie takich technik jak mikroskopia sił atomowych (AFM) umożliwia badanie własności mechanicznych komórek co pozwoliło na rozróżnianie komórek prawidłowych i nowotworowych w wielu typach nowotworów jak np. w raku piersi czy prostaty (Lekka et al. Arch. Biochem. Biophys. 2012). Badanie AFM elastyczności komórek pęcherza wykazało znaczny wzrost deformowalności tych komórek, który wydaje się być kluczowy dla aspektów diagnostycznych i prognostycznych. Ocena własności mechanicznych komórek nowotworowych jest jeszcze dosyć nowatorskim podejściem do wykrywania i identyfikacji komórek o zmienionym fenotypie mechanicznym (komentarz Lekka, Nature Nanotechnology, 2012). Pomimo znaczącego wzrostu ilości prac wskazujących na istotne różnice we własnościach mechanicznych (głównie w elastyczności komórek nowotworowych) pełne wykorzystanie mikroskopii sił atomowych jako techniki diagnostycznej wymaga dalszych badań. Związane jest to z brakiem procedur standaryzujących pomiary elastyczności, które umożliwiłyby porównanie w wyników pomiędzy laboratoriami, brakiem procedur weryfikujących uzyskany wynik oraz zbyt zaawansowaną obsługą AFM oraz analizą danych pomiarowych wymagająca wysoce wyspecjalizowanego personelu. Opracowanie protokołu, który umożliwiałby porównywanie wyników uzyskanych w niezależnych laboratoriach byłoby kamieniem milowym pozwalającym na wykorzystanie mikroskopii sił atomowych w praktyce klinicznej. Transformacja nowotworowa powoduje wiele istotnych zmian strukturalnych i funkcjonalnych, prowadzących m. in. do redukcji funkcji życiowych komórek nowotworowych. Pozostają tylko te funkcje, które pozwalają na niekontrolowane rozmnażanie, większą zdolność do ruchu i łatwiejsze przystosowanie się do nowych warunków. Badania własności mechanicznych komórek nowotworowych wydają się dostarczać informacji o zmianach nowotworowych zachodzących na poziomie pojedynczych komórek co