Zakład Fizyki Medycznej

Zespół

• prof. dr hab. n. med. Maria Sokół – specjalista fizyki medycznej, kierownik Zakładu Fizyki Medycznej i Pracowni Biofizyki
• dr n. fiz. Andrzej Orlef – starszy specjalista fizyki medycznej, zastępca kierownika Zakładu Fizyki Medycznej, kierownik Pracowni Dozymetrii i Kontroli Jakości w Radioterapii i Rentgenodiagnostyce
• mgr Adam Bekman – starszy specjalista fizyki medycznej
• dr n. fiz. Wojciech Ciszek – fizyk
• dr n. fiz. Łukasz Kapek – fizyk, w trakcie specjalizacji z fizyki medycznej
• dr n. med. Marek Kijonka – starszy specjalista fizyki medycznej
• dr n. fiz. Beata Niewiadomska – starszy specjalista fizyki medycznej
• mgr inż. Joanna Prażmowska – starszy specjalista fizyki medycznej
• mgr inż. Aneta Wajda – starszy specjalista fizyki medycznej
• dr n. fiz. Jacek Wendykier – specjalista fizyki medycznej, asystent
• mgr inż. Bożena Woźniak – starszy specjalista fizyki medycznej
• mgr Aleksandra Woźnica – starszy specjalista fizyki medycznej
• Mirosław Matkowski – starszy technik elektroradiolog
• mgr Barbara Donat – specjalista ds. medycznego kształcenia podyplomowego
• mgr Leszek Wojciuch – Inspektor Ochrony Radiologicznej
• mgr inż. Mateusz Ciszek – biotechnolog
• dr n. fiz. Łukasz Boguszewicz – adiunkt
• dr n. fiz. Agnieszka Skorupa – adiunkt

Zakres działalności

Pracownia zajmuje się wykorzystaniem promieniowania jonizującego w diagnostyce i terapii nowotworów. Pracownicy swoją wiedzą i doświadczeniem wspomagają inne zakłady i kliniki Narodowego Instytutu Onkologii w Gliwicach.

Szczególną uwagę poświęca się radioterapii. Pomiary parametrów wiązek promieniowania wykonywane przez fizyków są podstawą działania systemów planowania radioterapii. Stałej kontroli podlegają aparaty terapeutyczne, nadzorowane pod względem parametrów dozymetrycznych wiązek promieniowania, jak i parametrów mechanicznych.

Rozwój technik obrazowania w radioterapii, takich jak obrazowanie planarne (2D kV), tomografia wiązką stożkową (Cone Beam CT), służących weryfikacji ułożenia pacjenta oraz dostarczających informacji o geometrycznej zmienności anatomii pacjenta, wpłynął na poprawę precyzji i bezpieczeństwa terapii. Ich zastosowanie stawia fizykom medycznym nowe wyzwania związane z kontrolą jakości tych urządzeń, zarówno w kontekście kalibracji systemów obrazowania, jakości obrazów, jak i monitorowania poziomów dawek.

Dzięki działalności fizyków Pracowni Dozymetrii i Kontroli Jakości w Radioterapii i Rentgenodiagnostyce opracowano i wprowadzono do zastosowania klinicznego specjalne techniki radioterapii: radioterapię śródoperacyjną, napromienienie całego ciała przed przeszczepem szpiku (TBI) oraz napromienianie elektronami całej skóry (TSEI). Fizycy nadzorują również pracę nowoczesnych przyspieszaczy terapeutycznych wykorzystywanych w helikalnej radioterapii (Radixact^®), radioterapii adaptacyjnej (Ethos™) oraz radiochirurgii (CyberKnife^®M6™). Zadaniem pracowników Pracowni Dozymetrii jest utrzymywanie parametrów fizycznych tych niekonwencjonalnych aparatów na optymalnym poziomie poprzez wykonywanie testów eksploatacyjnych. Finalnym testem poprawności funkcjonowania całego procesu radioterapii jest prowadzona przez fizyków weryfikacja rozkładu dawki w planie leczenia przy użyciu matryc dozymetrycznych.

Działalność zakładu ma bezpośredni wpływ na wysoką precyzję terapii wszystkich pacjentów leczonych takimi metodami jak:

• zrobotyzowana mikroradiochirurgia stereotaktyczna,
• radioterapia spiralna,
• śródczaszkowa i pozaczaszkowa radiochirurgia stereotaktyczna (SRS i SBRT),
• radioterapia z opcją bramkowania oddechowego (GATING),
• radioterapia wielołukowa RapidArc (VMAT),
• radioterapia skóry całego ciała (TSEI),
• radioterapia układu chłonnego (TLI),
• radioterapia całego szpiku kostnego (TMI),
• radioterapia całego ciała (TBI),
• radioterapia z modulacją intensywności wiązki (IMRT),
• radioterapia śródoperacyjna (IORT),
• trójwymiarowa radioterapia konformalna (3DCRT),
• radioterapia chorób nienowotworowych,
• radioterapia połowy ciała (HBI).

Regularna kontrola aparatury radiologicznej jest również kluczowym elementem nowoczesnej i bezpiecznej diagnostyki obrazowej. Celem wykonywania testów eksploatacyjnych jest zapewnienie prawidłowego funkcjonowania urządzeń radiologicznych i pomocniczych, co ma bezpośredni wpływ na ograniczenie dawek otrzymywanych przez pacjentów poddawanych procedurom medycznym przy zachowaniu wysokiej jakości uzyskiwanych obrazów diagnostycznych.

Zespół nadzoruje wykonywanie testów podstawowych oraz przeprowadza testy specjalistyczne aparatów radiologii zabiegowej, mammografów, klasycznych aparatów rentgenowskich oraz mobilnych urządzeń radiologicznych. Kontroli poddawane są również stacje opisowe służące do prezentacji obrazów medycznych w celach podjęcia przez lekarza decyzji diagnostycznych.

W ramach Polskiego Towarzystwa Fizyki Medycznej (PTFM) oraz działającej przy nim Sekcji Diagnostyki Obrazowej pracownicy biorą udział w opracowywaniu i publikacji zaleceń PTFM oraz w konsultacjach społecznych procesów legislacyjnych podejmowanych w dziedzinie radioterapii i radiologii w Rządowym Centrum Legislacji.

Zespół przygotowuje specyfikacje techniczne aparatury radiologicznej i urządzeń pomocniczych w ramach modernizacji i wymiany urządzeń terapeutycznych i diagnostycznych Instytutu.

W Pracowni Biofizyki zajmujemy się rozwijaniem metod wspomagających diagnostykę medyczną w chorobach nowotworowych.

W badaniach naukowych stosujemy techniki wysokorozdzielczego rezonansu magnetycznego, takie jak:

• 1H NMR – jest to spektroskopia cieczowa (najczęściej analizowane materiały to surowica krwi, mocz, płyn mózgowo-rdzeniowy, płyn wysiękowy z ran pooperacyjnych),
• 1H HR-MAS – ta technika służy do spektroskopowej analizy tkanek i HR-MRI – jest to wysokopolowe obrazowanie NMR.

Do dyspozycji mamy urządzenie wielofunkcyjne działające w polu 9.4 T. Nasze zainteresowanie skupia się na metabolomicznej detekcji molekularnych śladów procesów nowotworowych i na monitorowaniu terapii.

Projekty badawcze

• Projekt Narodowego Centrum Nauki (NCN) nr 2023/49/B/NZ5/02838 zatytułowany „Ocena niejednorodności molekularnej raka jajnika z wykorzystaniem metabolomiki opartej o NMR, przestrzennej transkryptomiki oraz profilowania biomarkerów metabolicznych w tkance guza, płynie puchlinowym i surowicy”. Prowadzimy ten projekt we współpracy ze Śląskim Uniwersytetem Medycznym w Katowicach. Niezależnie od realizacji grantu NCN dotyczącego raka jajnika, współpracujemy z Kliniką Ginekologii i Położnictwa Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach, prowadząc wspólne badania metabolomiczne nowotworów endometrium.
• Projekt NCN nr 2021/41/B/NZ7/01246 zatytułowany „Opracowanie nowych implantacyjnych postaci leku, biodegradowalnych nanowłóknin zawierających wybrane pochodne betuliny w celu zwiększenia ich skuteczności przeciwnowotworowej”. Realizujemy go wspólnie ze Wydziałem Nauk Farmaceutycznych Śląskiego Uniwersytetu Medycznego (lider projektu) i Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk w Zabrzu.
• Projekt NCN nr 2020/39/B/NZ5/00745 zatytułowany „Polimerosomy specyficznie uwalniające cGAMP i doksorubicynę w nowotworowych obszarach hipoksji jako nowe przeciwnowotworowe rozwiązanie terapeutyczne”. Jesteśmy podwykonawcą tego projektu – jego kierownikiem jest dr hab. Ryszard Smolarczyk z Centrum Badań Translacyjnych Narodowego Instytutu Onkologii w Gliwicach.
• Zastosowanie technik ¹H NMR i ¹H MAS NMR do badań cech metabolicznych stanów zapalnych serca. Opracowaliśmy wieloparametryczne protokoły akwizycji obrazów MRI w polu 9.4 T do oceny procesów zapalnych u myszy.
• Posiadamy zaplecze informatyczne do identyfikacji sygnałów w widmach NMR oraz do analizy statystycznej z wykorzystaniem technik jedno- oraz wielowymiarowych, takich jak np. analiza składowych głównych (PCA), metoda cząstkowych najmniejszych kwadratów – analiza dyskryminacyjna (PLS-DA) oraz do monitorowania zmian w czasie w oparciu o metody PCA/PLS.

Najważniejsze publikacje

1. Frencken AL, Richtsmeier D, Leonard RL, Williams AG, Johnson CE, Johnson JA, Blasiak B, Orlef A, Skorupa A, Sokół M, Tomanek B, Beckham W, Bazalova-Carter M, van Veggel FCJM. X-ray-Sensitive Doped CaF2-Based MRI Contrast Agents for Local Radiation Dose Measurement. ACS Appl Mater Interfaces. 2024 Mar 20;16(11):13453-13465. doi:10.1021/acsami.3c16336.  IF=9.5.
2. Skorupa A, Klimek M, Ciszek M, Pakuło S, Cichoń T, Cichoń B, Boguszewicz Ł, Witek A, Sokół M. Metabolomic Analysis of Histological Composition Variability of High-Grade Serous Ovarian Cancer Using 1H HR MAS NMR Spectroscopy. International Journal of Molecular Sciences. 2024, 25(20), 10903; https://doi.org/10.3390/ijms252010903. IF=4.9.
3. Boguszewicz Ł, Heyda A, Ciszek M, Bieleń A, Skorupa A, Mrochem-Kwarciak J, Składowski K, Sokół M. Metabolite Biomarkers of Prolonged and Intensified Pain and Distress in Head and Neck Cancer Patients Undergoing Radio- or Chemoradiotherapy by Means of NMR-Based Metabolomics – A Preliminary Study. Metabolites. 2024;14(1):60. doi:10.3390/metabo14010060. IF=4.5.
4. Boguszewicz Ł, Bieleń A, Ciszek M, Skorupa A, Mrochem-Kwarciak J, Składowski K, Sokół M. Metabolomic Insight into Implications of Induction Chemotherapy Followed by Concomitant Chemoradiotherapy in Locally Advanced Head and Neck Cancer. International Journal of Molecular Sciences 2024, 25(1), 188; doi:10.3390/ijms25010188. IF=4.9.
5. Boguszewicz Ł, Bieleń A, Jarczewski JD, Ciszek M, Skorupa A, Mrochem-Kwarciak J, Składowski K, Sokół M. NMR-Based Metabolomics of Blood Serum in Predicting Response to Induction Chemotherapy in Head and Neck Cancer – A Preliminary Approach. International Journal of Molecular Sciences. 2024; 25(14):7555. doi:10.3390/ijms25147555. IF=4.9.
6. Agnieszka Skorupa, Mateusz Ciszek, Maria Turska-d’Amico , Ewa Stobiecka, Ewa Chmielik, Ryszard Szumniak, Andrea d’Amico, Łukasz Boguszewicz, Maria Sokół The Relationship between Histological Composition and Metabolic Profile in Breast Tumors and Peritumoral Tissue Determined with H-1 HR-MAS NMR Spectroscopy Cancers. 2023; 15(4):1283. https://doi.org/10.3390/cancers15041283. IF=4.5.
7. Bzowski P, Borys D, Gorczewski K, Chmura A, Daszewska K, Gorczewska I, Kastelik-Hryniewiecka A, Szydło M, d’Amico A, Sokół M. Efficiency of 124I radioisotope production from natural and enriched tellurium dioxide using 124Te(p,xn)124I reaction. EJNMMI Phys 2022;9: 41. https://doi.org/10.1186/s40658-022-00471-1. IF=3.0.
8. Skorupa A, Poński M, Ciszek M. Cichoń B, Klimek M, Witek A, Pakuło S, Boguszewicz Ł, Sokół M. Grading of endometrial cancer using 1H HR-MAS NMR-based metabolomics. Scientific Reports 2021;11:18160. https://doi.org/10.1038/s41598-021-97505-y. IF=3.8.
9. Boguszewicz Ł, Bieleń A, Jarczewski JD, Ciszek M, Skorupa A, Składowski K, Sokół M. Molecular response to induction chemotherapy and its correlation with treatment outcome in head and neck cancer patients by means of NMR-based metabolomics. BMC Cancer 2021;21:410. https://doi.org/10.1186/s12885-021-08137-4. IF=3.4.
10. Boguszewicz Ł, Bieleń A, Ciszek M, Wendykier J, Szczepanik K, Skorupa A, Mrochem-Kwarciak J, Składowski K, Sokół M. NMR-Based Metabolomics in Investigation of the Radiation Induced Changes in Blood Serum of Head and Neck Cancer Patients and Its Correlation with the Tissue Volumes Exposed to the Particulate Doses. International Journal of Molecular Sciences. 2021;22:6310. https://doi.org/10.3390/ijms22126310. IF=4.9.