Czym jest UPE?

UPE (z ang. Ultra-Weak Photon Emission) jest wynikiem reakcji utleniania biomolekuł przez reaktywne formy tlenu (ROS) w komórkach. Podczas tych reakcji powstają wzbudzone cząsteczki, takie jak tripletowe karbonyle czy tlen singletowy, które emitują fotony w zakresie od 350 do 1000 nm. Główne źródło ROS stanowią mitochondria, gdzie podczas fosforylacji oksydacyjnej dochodzi do przecieku elektronów i powstawania nadtlenków. Ze względu na niezwykle niską intensywność emisji (10-1000 fotonów/s/cm²) detekcja UPE wymaga zastosowania specjalistycznych urządzeń, takich jak fotopowielacze czy kamery CCD. Współczesne technologie pozwalają na pomiar UPE w czasie rzeczywistym, co otwiera nowe możliwości w diagnostyce medycznej i badaniach biologicznych.

Pierwsze próby badawcze

Początki badań nad UPE sięgają lat 20. XX w., kiedy to rosyjski biolog Aleksandr Gurwitsch zaobserwował, że końcówka korzenia cebuli może wpływać na zwiększenie liczby podziałów komórkowych w sąsiednich komórkach, nawet bez bezpośredniego kontaktu. Zjawisko to nazwał promieniowaniem mitogenicznym i przypisał je emisji promieniowania ultrafioletowego. Choć jego prace wzbudziły zainteresowanie, brak odpowiedniej technologii do pomiaru tak słabego światła spowodował, że temat ten został na pewien czas zapomniany. W latach 70. XX w., dzięki postępowi technologicznemu, badania nad ultra-słabą emisją fotonów weszły w nową fazę. Szczególnie istotny był rozwój fotopowielaczy (PMT), które umożliwiły wykrywanie ekstremalnie słabego światła emitowanego przez żywe organizmy. To właśnie w tym okresie zjawisko UPE przestało być traktowane jako ciekawostka biologiczna, a zaczęto je postrzegać jako potencjalne narzędzie badawcze w fizjologii, medycynie i biochemii.

Boom badań nad UPE na świecie

Fritz-Albert Popp prowadził pionierskie eksperymenty na Uniwersytecie w Marburgu w Niemczech, w których analizował spektrum światła emitowanego przez organizmy żywe. Zasugerował, że emisja ta może mieć znaczenie komunikacyjne na poziomie komórkowym, co doprowadziło go do ukucia terminu „biophoton”. Jego hipoteza zakładała, że fotony mogą służyć jako forma sygnałów biologicznych koordynujących procesy w komórkach i między nimi. W Japonii zaś badacze, w tym H. Inaba, skupili się na modelach mikrobiologicznych, takich jak drożdże. Wykazali, że intensywność emisji fotonów zależy od fazy wzrostu kolonii oraz poziomu dostępnego tlenu. Eksperymenty te sugerowały związek UPE z aktywnością metaboliczną i pozwalały monitorować stan fizjologiczny komórek w czasie rzeczywistym. Również w Polsce prowadzono istotne badania nad UPE. Zespół prof. Jerzego Sławińskiego analizował emisję z różnych tkanek zwierzęcych, koncentrując się na mechanizmach chemicznych generujących fotony. Ich prace wnosiły ważny wkład w zrozumienie powiązania między stresem oksydacyjnym a intensywnością UPE. W Australii T.I. Quickenden kontynuował badania nad emisją fotonów z drożdży i innych mikroorganizmów, analizując wpływ zmian środowiskowych na poziom emitowanego światła. Jego prace wzbogaciły wiedzę na temat zmienności sygnału UPE w zależności od czynników zewnętrznych. Natomiast w Stanach Zjednoczonych naukowcy skupili się na emisji z tkanek ssaków. Wykazano, że wątroba szczura emituje światło głównie w zakresie czerwonym, co wiązano z obecnością tlenu singletowego i nadtlenków. Było to kolejne potwierdzenie, że UPE może stanowić marker stresu oksydacyjnego i patologicznych zmian metabolicznych. Lata 70. XX w. okazały się więc okresem przełomowym – zjawisko UPE zostało dowiedzione eksperymentalnie, lepiej zrozumiane pod względem mechanizmów biochemicznych, a także zaakceptowane jako obiekt poważnych badań naukowych.

Zastosowanie UPE w fizjologii, medycynie i biochemii

Badania wykazały, że intensywność UPE różni się w zależności od stanu fizjologicznego i patologicznego organizmu, np. u pacjentów z cukrzycą typu 2 zaobserwowano wyższe poziomy emisji w porównaniu do osób zdrowych, co sugeruje, że UPE może służyć jako nieinwazyjny marker diagnostyczny. W dziedzinie dermatologii pomiar UPE skóry pozwala na ocenę poziomu stresu oksydacyjnego wywołanego czynnikami zewnętrznymi, takimi jak promieniowanie UV czy zanieczyszczenia środowiskowe. Stwierdzono, że stosowanie antyoksydantów, takich jak witamina C czy koenzym Q10, zmniejsza intensywność emisji, co potwierdza ich działanie ochronne. UPE znajduje również zastosowanie w badaniach nad jakością żywności i rolnictwie, np. emisja UPE w owocach truskawek koreluje z poziomem ATP i ogólnym stanem energetycznym komórek, co może służyć jako wskaźnik dojrzałości i świeżości produktów. W roślinach zwiększona emisja UPE może wskazywać na reakcję na stres środowiskowy, taki jak susza czy zanieczyszczenia, co otwiera możliwości monitorowania zdrowia roślin w czasie rzeczywistym.

Podsumowanie

Choć technologia pomiaru UPE jest jeszcze w fazie rozwoju, jej potencjał w diagnostyce medycznej, monitorowaniu terapii oraz ocenie jakości produktów biologicznych jest obiecujący. Dalsze badania nad mechanizmami emisji i rozwój czułych urządzeń pomiarowych mogą przyczynić się do szerszego zastosowania tej metody w różnych dziedzinach nauki i medycyny.