VŠCHT našla cestu, jak vyrábět biočástice o velikosti lidské buňky
Praha, 25. května – Výzkumné skupině Ivana Řehoře z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze se podařilo vymyslet způsob, jak efektivně vytvářet částice libovolného tvaru o velikosti lidské buňky, které neobsahují žádný umělý (syntetický) materiál. Tato kombinace vlastností mikročástic je ve vědeckém světě zcela nová a může být zásadní pro budoucí vývoj umělých tkání. Okamžité využití má pak v oblasti farmak – částice lze nanést na léčivo a použít jako značku, díky níž lze účinně odhalit jeho falšování.
Ochrana spotřebitelů byla prvotním cílem výzkumu. V současné době je totiž asi 10 % léčiv prodaných ve světě padělaných. A řada těchto padělků je přímo nebezpečná svým uživatelům díky špatné koncentraci účinné látky, toxickým příměsím ap.
„Díky našemu výzkumu umíme vytvořit gelovou mikročástici, která má definovaný tvar, a tak do ní například můžeme vepsat číslo. Tuto částici dokážeme umístit přímo na formulaci léčiva (tabletku), a protože je z čistého biopolymeru, může být naprosto bezpečně užita spolu s vlastním léčivem. Pokud se pak podíváte na tabletu pod mikroskopem, můžete si číslo přečíst,“ vysvětluje doktor Ivan Řehoř. Výzkum probíhal ve spolupráci Ústavu chemického inženýrství Vysoké školy chemicko-technologické a Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd.
Idea je taková, že číslo na tabletce bude spárované s číslem šarže na obalu léčiva, a pouze výrobce bude znát klíč ke spárování. Pokud bude pochybnost o pravosti léčiva, bude možné, například přes mobilní aplikaci, poslat obě čísla na server výrobce, a ten vrátí zpět informaci, zda se jedná o originál, či padělek.
Náhrady tkání a orgánů
Pro úspěch na poli vývoje umělých náhrad je kromě bezpečnosti mikročástic klíčový především jejich mimořádně malý rozměr. „Naše těla se skládají ze základních stavebních kamenů – buněk. Pokud chceme vytvářet biomateriály, které mají s naším tělem interagovat, či přejímat některé jeho funkce, což se děje například při tvorbě umělých orgánů v tkáňovém inženýrství, musíme být schopni tyto biomateriály tvarovat v malých velikostech na úrovni lidské buňky,“ vysvětluje doktor Řehoř. „Kromě toho umíme naše mikročástice produkovat v množství tisíců částic za hodinu. To se zatím, alespoň pokud vím, doposud nikomu nepovedlo,“ dodává držitel grantu z Fondu Dagmar Procházkové pro talentové vědce se zahraniční zkušeností.
Autoři výsledky výzkumu publikovali v časopise Biomaterials Science (impakt faktor 5.25), nicméně odmítají představu, že tím pro ně celá věc končí, což bývá u vědců po zveřejnění článku obvyklé. Momentálně pracují na tzv. mikrofluidním syntetizátoru, v němž by byly všechny kroky výrobního procesu seřazeny za sebou a který by hydrogelové mikročástice chrlil v počtech desetitisíců za hodinu (pro představu – na 1 cm3 umělé tkáně je potřeba zhruba milion mikročástic).
„Cesta k náhradním orgánům bude nicméně velmi dlouhá. Snažíme se teď vytvořit nástroje, které by umožnily stavbu struktur podobných těm v živých tkáních. Posun k organizační komplexitě orgánů bude další ohromný krok. Napodobit organizační strukturu ovšem samo o sobě nezaručuje funkčnost takového umělého orgánu, to je opravdu hudba budoucnosti. Náš současný výzkum se snaží navrhnout některé dílčí stavební postupy, které mohou být na této dlouhé a obtížné cestě užitečné,“ upozorňuje Ivan Řehoř.
Jak se částice vyrábějí?
Částice jsou tvarovány pomocí světla. Existují ve vodě rozpustné polymery, které se po ozáření provážou do sítí - gelů. Gel, ačkoli obsahuje spoustu vody, má již pevný tvar, který se získá tak, že se osvětlují pouze určité části polymeru. Schopnost tvořit gely po osvícení mají ovšem jenom syntetické polymery.
„Ty jsme nechtěli dále využívat pro bioaplikace, protože, jakožto cizorodý materiál, mohou vyvolat odpověď imunitního systému, která může vést k zánětu, alergické reakci a při chronické expozici i ke vzniku rakoviny,“ objasňuje doktor Řehoř. Biopolymery (polymery získávané z živých zdrojů) použité v projektu takovéto problémy nezpůsobují, ovšem zase je nelze přímo tvarovat pomocí světla.
Výzkumníci tak stáli před otázkou, jak si vzít to nejlepší z obou světů – biokompatibilitu biopolymerů a zároveň schopnost syntetických polymerů reagovat na světlo. „Naše řešení spočívá v tom, že jsme jednoduše smíchali syntetický polymer s biopolymerem. Tuto směs jsme vytvarovali světlem, kde vzniklý gel držel tvar pomocí vazeb syntetického polymeru, zatímco biopolymer zůstal uvězněn v jeho struktuře. Poté jsme chemicky svázali do sítě i ten uvězněný biopolymer,“ říká Řehoř. „Tak nám vznikly dvě vzájemně propletené makromolekulární sítě. V posledním kroku jsme selektivně rozpustili síť syntetického polymeru, a získali tak mikroobjekt přesně definovaného tvaru, který je tvořen čistým biopolymerem. Je to jednoduchý postup, který kupodivu ještě nikoho nenapadl. Navíc se dá využít u celé řady biopolymerů,“ uzavírá.
Reference
Arbitrarily-shaped microgels composed of chemically unmodified biopolymers. Biomaterials Science. Dostupné z : https://doi.org/10.1039/C9BM02056J
Web výzkumné skupiny hydrogel.vscht.cz.
RNDr. Ivan Řehoř, Ph.D. momentálně pracuje na Ústavu chemického inženýrství VŠCHT Praha a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (ÚOCHB). Vystudoval anorganickou chemii na Univerzitě Karlově. V letech 2010-2014 působil na ÚOCHB. V letech 2015-2018 bádal na univerzitě v Utrechtu v rámci prestižního programu Marie-Curie Fellowship. Na VŠCHT nastoupil v roce 2019 jako držitel iniciačního grantu Fondu Dagmar Procházkové, který slouží pro podporu vědeckých projektů akademických pracovníků s mezinárodní zkušeností, u kterých se předpokládá, že spojí svoji profesní kariéru s VŠCHT Praha. Na AV je jeho výzkum podpořen Purkyně Fellowship.
Pro další informace se obracejte na:
Mgr. Michal Janovský
Vedoucí oddělení komunikace
tel. +420 22044 4159
e-mail michal.janovsky@vscht.cz
