Wielkie i niebezpieczne piękno.

Promieniotwórczość w nauce i medycynie

Na przykładzie wielkich uczonych, takich jak Maria Skłodowska-Curie i jej córka Irena Joliot-Curie, widać wyraźnie, że prawdziwy pasjonat nauki musi mieć ogromną wyobraźnię, nie tylko wiedzę. Ponadto niezbędna jest wytrwałość w realizowaniu swoich pomysłów, często bez wsparcia finansowego państwa. Tylko ktoś, kto ma dużo pozytywnej energii, siły i ciekawości świata, jest w stanie przetrwać w jednym z najgorzej opłacanych i niedocenianych zawodów świata – pisze Sylwia BORSKA

Jestem jedną z tych osób, które uważają, że nauka kryje w sobie wielkie piękno. Naukowiec w swym laboratorium jest nie tylko technikiem – jest także dzieckiem stojącym twarzą w twarz ze zjawiskami natury, które budzą jego zachwyt niczym bajka. Nie pozwólmy, aby myślano, że cały naukowy postęp można zredukować do mechanizmu. (…) Nie wierzę też w to, że duch przygody w naszym świecie jest skazany na wymarcie. Jeżeli cokolwiek wokół mnie przyciąga mą uwagę, to kryje się za tym właśnie duch przygody, który zdaje się niezniszczalny.
Maria Skłodowska-Curie

Fot. 1. Zdjęcie dłoni żony Roentgena, wykonane przez niego samego w 1896 roku (pozytyw zrobiony ze zdjęcia rentgenowskiego)

.Wilhelm Roentgen, pierwszy naukowiec, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki (w 1901 roku), odkrył formę światła, nazwaną przez niego promieniami X.

Jak to zazwyczaj w nauce bywa, dokonał tego przez zupełny przypadek, prowadząc pod koniec dziewiętnastego wieku zupełnie niezależne badania nad lampą elektronową. Pierwszy rentgenogram przedstawiał dłoń jego żony, która z przerażeniem oglądała obraz swoich kości i porównała to do ujrzenia „własnej śmierci”. W 1895 roku zdjęcie obiegło świat, wzbudzając sporo taniej sensacji, ale jednocześnie skłoniło wielu naukowców do badań nad istotą promieniowania.

Osobą, która pierwsza próbowała odkryć tajemnicę promieni Roentgena, był Henri Becquerel. W świetnie wyposażonym laboratorium muzealnym, posługując się fosforoskopem, wymyślonym przez jego ojca, próbował znaleźć substancje mogące być źródłem promieniowania X. Jego praca nie przyniosła spektakularnych efektów, ale niezwykle zainteresowała młode małżeństwo naukowców, Marię i Piotra Curie, którym później pomagał.

Długoletnia praca małżeństwa Curie w baraku służącym za laboratorium, wyposażonym jedynie w komorę jonizacyjną, aparaturę na kwarc piezoelektryczny i elektrometr, zaprojektowany przez Piotra i jego brata Jacques’a, doprowadziła do odkrycia dwóch pierwiastków promieniotwórczych – radu i polonu. Inicjatorką i koordynatorką tych badań była Maria. Wraz z mężem wykonywała ciężką i niebezpieczną pracę fizyczną – przerzucała i poddawała destylacji tony blendy uranowej. Stanowili niezwykle udany tandem aż do 1906 roku, kiedy ich wspólne zmagania przerwała tragiczna śmierć Piotra. Swoją pracę wykonywali w ciężkich warunkach, z trudem zdobywali potrzebne fundusze. Sytuację dodatkowo komplikowało to, że Maria była… kobietą, na dodatek cudzoziemką. Mimo wszystkich przeciwności w 1903 roku państwo Curie wraz z Henrim Becquerelem otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za badania nad zjawiskiem promieniotwórczości.

W tamtych czasach dyskryminacja kobiet i ksenofobia były powszechne. Panowało przekonanie, że panie nie mają predyspozycji do nauki, co najczęściej zamykało im już na starcie możliwość rozwoju. W środowisku akademickim jedynie mężczyźni mogli kierować badaniami, otrzymywać na nie fundusze i zdobywać nagrody za pracę swoją i cudzą. Rola kobiet ograniczała się do pomocy w laboratoriach i przy sporządzaniu notatek dotyczących eksperymentów. We Francji nieprzychylnie patrzono również na cudzoziemców, bardzo niechętnie pozwalano im na większe przedsięwzięcia naukowe. Za sprawą geniuszu i wytrwałości Marii Skłodowskiej-Curie zaczęło się to zmieniać.

Fot. 2. Maria Skłodowska-Curie

Fot. 3. Piotr Curie

Po śmierci męża Maria borykała się z próbami podważenia jej dokonań. Intensywnie pracowała, by potwierdzić odkrycie radu i polonu.

W 1910 roku wybuchł skandal obyczajowy – Francję obiegła wieść o romansie Marii Curie z Paulem Langevinem, za sprawą chorej z nienawiści żony Paula. Jeanne Langevin bezprawnie udostępniła dziennikarzom listy Marii oraz materiały rozwodowe, ponadto nękała ją przy każdej nadarzającej się okazji, szantażowała, a nawet groziła jej śmiercią. Pomimo takiego obrotu spraw, Maria Skłodowska-Curie otrzymała nominację do drugiej Nagrody Nobla. Niektórzy nieprzychylni Marii naukowcy chcieli wykorzystać złą prasę przeciwko niej, pojawiły się głosy sprzeciwu. Svante Arrhenius, który uległ tej nagonce, wręcz domagał się listownie, aby Maria Skłodowska-Curie nie przyjeżdżała na uroczystość do Sztokholmu. Maria odpowiedziała: „Wydaje mi się, że krok, który Pan mi doradza, byłby poważnym błędem. Albowiem nagroda została mi przyznana za odkrycie radu i polonu. Uważam, że nie ma związku między moją pracą naukową a faktami z mego życia prywatnego, które się wyciąga przeciwko mnie w nędznych publikacjach, a które są zresztą zupełnie wypaczone”. Na szczęście członkowie Norweskiego Komitetu Noblowskiego nie poddali się presji frustratów. Duże znaczenie miała pozytywna opinia wielkich ludzi nauki, przychylnych uczonej, w tym Alberta Einsteina i Maxa Plancka. Ostatecznie w 1911 roku Maria Skłodowska-Curie otrzymała drugą, w pełni zasłużoną Nagrodę Nobla, tym razem z dziedziny chemii – za odkrycie polonu i radu. Wielka Maria wygrała z małymi ludźmi.

W 1935 roku jej córka Irena wraz z zięciem Fryderykiem Joliot-Curie otrzymali kolejną w rodzinie Curie Nagrodę Nobla – za odkrycie sztucznej promieniotwórczości. Irena oprócz intensywnej pracy naukowej otwarcie walczyła o to, aby kobiety miały takie same prawa jak mężczyźni, i przyczyniła się do przyznania im prawa wyborczego we Francji w 1945 roku. Była siódmą kobietą laureatką Nagrody Nobla (drugą w dziedzinie nauk ścisłych).

Fot. 4. Maria i Piotr w swoim laboratorium

Zarówno Maria, jak i jej córka Irena zmarły w wyniku chorób krwi wywołanych przede wszystkim promieniowaniem rentgenowskim. Obie cierpiały również na chorobę popromienną wywołaną kontaktem z pierwiastkami promieniotwórczymi. Zabójczy efekt długotrwałego promieniowania gamma nie dziwi, ale skąd tak duża ekspozycja na promieniowanie X? Otóż oprócz pracy badawczej obie panie podczas I wojny światowej wykonały tysiące zdjęć rentgenowskich rannych żołnierzy, w dodatku niemal na polu walki. Maria wpadła na pomysł, by przygotować pojazdy z odpowiednim sprzętem, tzw. „małe Curie”, i zorganizowała służbę radiologiczną, która uratowała zdrowie i życie wielu żołnierzom. Oczywiście nie bez początkowego oporu ze strony niedowiarków. Słynnej badaczce udało się doprowadzić do powstania ok. 300 takich samochodów z przewoźną aparaturą rentgenowską, która umożliwiła precyzyjną lokalizację pocisków, odłamków w ciałach rannych czy wizualizację złamań bezpośrednio przed operacją lub w jej trakcie.

Dzięki jej inicjatywie powstało w całym kraju ponad 500 placówek radiologicznych, stałych i tymczasowych, z przeszkolonym przez nią osobiście personelem. Niestety, osoby obsługujące aparaturę, zwłaszcza w warunkach polowych, były narażone na ogromne dawki promieniowania, zbyt duże, aby mogły pozostać obojętne dla organizmu. Obie uczone prawdopodobnie zdawały sobie sprawę, że narażają zdrowie, ale ignorowały ten fakt we własnym przypadku, jednocześnie bardzo dbając o bezpieczeństwo swoich współpracowników.

Fot. 5. Maria Skłodowska-Curie wśród innych wielkich uczonych (m.in. Wien, Einstein, Maurice de Broglie – brat Louisa de Broglie, Nernst, Planck, Poincaré, Rutherford) na początku XX wieku podczas I konferencji Solvayowskiej w Brukseli w 1911 roku (autor zdjęcia: Benjamin Couprie)

Promieniowanie rentgenowskie zaczęto wykorzystywać nie tylko do celów diagnostycznych, ale również w leczeniu. Pierwsze próby wykonał niezwykle pomysłowy student medycyny z Chicago, Emil Grubbe. W 1896 roku, rok po odkryciu promieni X przez Roentgena, przeprowadził udany eksperyment, który był pierwszym zabiegiem radioterapii. Chociaż udało mu się zabić komórki guza u kobiety chorej na raka piersi, pacjentka po jakimś czasie zmarła, gdyż miała liczne przerzuty, których rozwoju leczenie nie zahamowało. Przy okazji odkrył rzecz niezwykle istotną dla onkologii – to, że nowotwór jest chorobą ogólnoustrojową, zatem naświetlanie może być używane jedynie w celu miejscowej terapii i należy poszukiwać dodatkowych metod leczenia, które wspomogłyby zabieg chirurgiczny i radioterapię.

Po odkryciu promieniotwórczości przez Marię i Piotra Curie lekarze dysponowali o wiele silniejszym niż rentgenowskie promieniowaniem gamma, emitowanym w czasie rozpadu jąder pierwiastków takich jak rad. Leczenie za pomocą promieniowania jonizującego nazywano początkowo curieterapią. Natomiast po odkryciu w 1934 roku przez Irenę i Fryderyka Joliot-Curie sztucznej promieniotwórczości zaczęto wszczepiać emitujące promieniowanie druciki, tulejki, a potem ampułki z radem bezpośrednio do guzów litych. W miarę upływu lat w terapii przeciwnowotworowej zastąpiono rad mniej szkodliwym dla pacjentów kobaltem. Grubbe również przypłacił swoje pionierskie badania życiem – zmarł z powodu kilku nowotworów rozsianych po jego ciele.

Obecnie stosuje się głównie promieniowanie X, konwencjonalne (małoprzenikliwe), jak również generowane w przyspieszaczu liniowym promieniowanie gamma (kobalt 60) lub wiązkę elektronów. Coraz większe znaczenie zyskuje precyzyjna teleradioterapia, w której w przeciwieństwie do kontaktowej brachyterapii źródło promieniowania znajduje się w pewnej odległości od tkanek.

Fot. 6. Irena Joliot-Curie

Odkrycie promieniowania i możliwości jego wzbudzania było wielkim krokiem w medycynie, ale naukowcy bardzo szybko zorientowali się, że może być ono również poważnym zagrożeniem dla zdrowia i życia. Duże dawki wywoływały chorobę popromienną, ale również niższe wywoływały zmiany, które bardzo często kończyły się chorobami nowotworowymi. Najczęściej były to nowotwory krwi oraz przypadki różnych typów raka, czyli nowotworu pochodzącego z komórek nabłonkowych. Fakt, że problem dotyczył przede wszystkim komórek szybko dzielących się w organizmie, takich jak komórki szpiku, oznaczał, że zmiany muszą dotyczyć DNA.

Z czasem okazało się, że napromienianie powoduje nie tylko obumieranie całych komórek, ale również niebezpieczne mutacje w strukturze DNA tych, które przeżywają. W konsekwencji niektóre z takich zmian inicjują proces kancerogenezy. Duże dawki promieniowania elektromagnetycznego, zwłaszcza gamma i rentgenowskiego, powodują różne typy mutacji punktowych, ale mogą wywoływać aberracje chromosomów, czyli zmiany ich liczby i struktury. Popromienne pęknięcia chromosomów i translokacje ich fragmentów w inne miejsca są nieodwracalne i mogą powodować m.in. białaczkę, która oprócz predyspozycji genetycznych, może zostać w ten sposób nabyta przez człowieka w dorosłym życiu. W komórkach ludzkich istnieje aparat naprawy DNA, ogromna fabryka do usuwania mutacji, na które narażony jest w każdej sekundzie nasz materiał genetyczny. Niektóre z nich są pochodzenia endogennego. Już same wolne rodniki, powstające m.in. podczas wytwarzania energii, czyli oddychania komórkowego, powodują około 10 tysięcy uszkodzeń w ciągu doby w jednej komórce. Do powstawania wolnych rodników przyczynia się również ekspozycja na promieniowanie UV, jonizacyjne, toksyny dymu tytoniowego czy ozon. Do neutralizowania wolnych rodników służą specjalne enzymy, m.in. dysmutaza nadtlenkowa. Egzogenne uszkodzenia DNA, przerwanie jednej lub obu nici, wymiana zasad w wyniku promieniowania rentgenowskiego i gamma – usuwane są w wyniku działania skomplikowanych systemów naprawczych, z udziałem takich enzymów, jak m.in. ligazy, topoizomerazy i polimerazy DNA. Niekiedy uszkodzenia są tak rozległe, że mechanizmy naprawcze zawodzą.

Należy wspomnieć, że uczoną, której badania doprowadziły do odkrycia struktury DNA, była Rosalind Franklin, ale zamiast niej Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny otrzymali James D. Watson i Francis H.C. Crick. Ich wspólny szef W.L. Bragg, dyrektor Cavendish Laboratory, wraz z M. Wilkinsem udostępnili obu panom dokładne wyniki badań Franklin, oczywiście bez jej wiedzy. Watson i Crick bezpardonowo to wykorzystali. W momencie przyznawania jej kolegom Nagrody Nobla Franklin już nie żyła. Zmarła w wyniku choroby nowotworowej, która prawdopodobnie była wynikiem wieloletniej ekspozycji na promieniowanie rentgenowskie podczas badań nad strukturą DNA. Kolejna wspaniała i niezwykle mądra osoba, która świadomie poświęciła swoje zdrowie wielkiemu pięknu, jakim jest nauka.

Fot. 7. Rosalind Franklin

Na przykładzie wielkich uczonych, takich jak Maria Skłodowska-Curie i jej córka Irena Joliot-Curie, widać wyraźnie, że prawdziwy pasjonat nauki musi mieć ogromną wyobraźnię, nie tylko wiedzę. Ponadto niezbędna jest wytrwałość w realizowaniu swoich pomysłów, często bez wsparcia finansowego państwa. Tylko ktoś, kto ma dużo pozytywnej energii, siły i ciekawości świata, jest w stanie przetrwać w jednym z najgorzej opłacanych i niedocenianych zawodów świata. Warto również uświadomić sobie, jak ważne są nauki podstawowe, w których ogromne znaczenie ma odkrywanie tajemnic natury dla samego poszerzania wiedzy, z czystej chęci przeżycia wspaniałej przygody.

.Naiwni są ci, którzy myślą, że wielkie odkrycia można zaplanować i od razu wykorzystać w medycynie czy przemyśle. Niestety nie, one pojawiają się przez przypadek, przy okazji. Ważne, aby taką okazję w porę dostrzec, nie zmarnować jej i pamiętać, że niekoniecznie musi to automatycznie oznaczać usunięcie kolejnej z wielu bolączek tego świata. Wiedza zawsze może zostać wykorzystana w złym celu, w przypadku promieniotwórczości to m.in. bomby atomowe, co nie oznacza, że powinno się hamować postęp. Przeciwnie, wszelkie próby cofania rozwoju i bezmyślne zakazy podyktowane strachem są wielkim błędem, nie tędy droga. Nasuwają się w tym miejscu brutalne słowa Georgesa Bernanosa: „Nie można nauki czynić odpowiedzialną za złudzenia idiotów, którzy nie wiadomo czemu utrzymują, że powinna przynosić im szczęście”.

Sylwia Borska

Literatura: 1. Maria Skłodowska-Curie, Laurent Lemire, Świat Książki, 2017. 2. Cesarz wszech chorób. Biografia raka, Siddhartha Mukherjee, Wydawnictwo Czarne, 2013. 3. Geniusz i obsesja. Wewnętrzny świat Marii Curie, Barbara Goldsmith, Wydawnictwo Dolnośląskie, 2005. 4. Środowiskowe zagrożenia zdrowia, Marek Siemiński, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2001.