Díky chemickým robotům by léky nemusely mít vedlejší účinky. Na jejich vývoji pracuje tým z Česka
Představte si kapsli plnou barevných kuliček, kterou spolknete a ona bez vedlejších účinků zlikviduje například rakovinové buňky. Právě tuto myšlenku chemických robotů ocenila Evropská výzkumná rada v roce 2007 prvním ERC grantem pro českého vědce. Od té doby jsme grantů získali 78 a do českého výzkumu přiteklo přes devět a půl miliardy korun. Tým kolem Františka Štěpánka z Vysoké školy chemicko-technologické na robotech pracuje neustále.
Jak se od vaší tehdejší novátorské myšlenky posunul koncept chemických robotů?
V době, kdy jsem projekt formuloval, tak to byla téměř unikátní věc. Nevím o tom, že by někdo něco podobného dělal. Systémy pro cílené doručování léčiv byly tenkrát neprobádaná oblast a dnes jsou běžné.
Bakteriociny mohou být alternativou antibiotik. Na léky na jejich základě se bude čekat alespoň deset let
Číst článek
Stačí si vzpomenout na covidovou dobu a vakcíny. Jsou založené na tom, že v lipidických částicích je nukleová kyselina, která spustí produkci proteinu v buňce. A to je vlastně určitá odvozenina našeho myšlenkového proudu, že aby v živém organismu působila nějaká účinná látka, neznamená, že ji musím spolknout, rozpustit v žaludku a jednotlivé molekuly mi pak proudí celým krevním řečištěm.
V současné době je hlavním trendem nějaký miniaturní nosič, například kapsle, a předprogramovaný mechanismus, který pustí tu účinnou látku ven. Využívá se to zejména v léčbě karcinomu nebo v protinádorové terapii, crisper systémech, RNA nebo DNA vakcínách.
Co si máme představit pod pojmem chemický robot?
Idea byla připravit hmotu, která by fungovala na chemických principech (léčivá složka), ale současně by byla programovatelná jako robot na mechatronických principech. Definovali jsme chemický robot jako systém, který dokáže manipulovat s molekulami a to na základě signálu z vnějšího světa, jakoby dálkového ovládání.
Díky tomu se účinná látka začne vylučovat přímo u postižené buňky anebo vznikne až v těle, když se spojí dvě látky, které jsou v jedné kapsli. Mělo by fungovat jako malý robot, kdy nějakým laserem nebo třeba elektromagnetickým signálem řeknu té kapsli, teď se otevři a vypusť ze sebe tu účinnou látku. Ale pravdou je, že to dálkové ovládání je zatím pořád ještě trošku jako sci-fi. Nicméně ta inkapsluace, tedy využití kapslí pro podávání účinných látek, je už běžná.
Patentovali jste si to?
Je to základní princip, který nešlo ani dost dobře patentově chránit, protože jsme to měli dost široce pojaté. Ale máme několik patentů na dílčí aplikace a technologie, například na zapouzdření různých specifických typů nosičů, které mají nějaké unikátní vlastnosti nebo se hodí pro nějakou konkrétní terapii.
Teď například můj doktorand Erik Sonntag patentoval lékobot, což je automatizovaná sestava několika dávkovačů léků, které se uzavřenou do jedné kapsle a člověk si například místo pěti prášků denně vezme jen jednu kapsli, která obsahuje všechny léčivé látky. Zároveň řešíme, jak zmenšit velikost léků, aby se do kapsle všechny vešly.
Léčivé kapsle
Vraťme se ale k tomu dálkového ovládání léčivých kapslí. V čem se liší od podávání normálních tablet?
Když spolkneme tabletu, která se rozpustí v trávicím traktu a pak vstřebá do krevního řečiště, tak cirkuluje vlastně celým systémem. Říká se tomu systemické podání a je tomu vystavená vlastně každá buňka v těle, tedy včetně těch, na které působit nemá. To u kapslí odpadá. Navíc je možné do kapslí zapouzdřit i molekuly, které jsou normálně nestabilní.
Jednoduše ji zavřu do malé kuličky, která je menší než třeba červená krvinka a svůj povrch má udělaný tak, aby látku neuvolňovala dříve, než se dostane na místo určení. Ideální je, aby se na tom místě naakumulovala a pak se na nějaký vnější podnět v určitý okamžik vyloučila.
Anebo ještě jiný princip, v jedné kapsli jsou různé látky a teprve až na místě biochemickou reakcí ta účinná látka vznikne. Jako kdybych si vařil jídlo z nějakých surovin, ale to jídlo jsem si uvařil až v tom místě, kde si ho chci sníst, ne že bych si ho nesl jako v rendlíku hotové.
Antibiotická rezistence roste, medikaci šijeme na míru pacienta, říká šéfka oddělení klinické farmacie
Číst článek
Co všechno může být vnějším impulsem? Jak to může fungovat?
Můžu tu kapsli s léčivem nastavit tak, že se postupně samovolně rozpustí nebo jí k tomu pomůže nějaký konkrétní enzym v těle. Anebo to vyloučení může zařídit nějaký biochemický děj z pozemského světa, v našem případě jsme zvolili elektromagnetický puls. Ten tu částici lokálně zahřeje, tím vyvolá změnu struktury slupičky a přes ni se látka dostane ven. Je to velice složité, protože se musí sejít několik faktorů dohromady. Ten vnější impulz musí prostoupit tkáněmi celého těla, což například světlo nedokáže.
Zároveň nemáte zpětnou vazbu o tom, jak rychle se to odehrává. Takže musíme experimentálně zjistit, jak dlouho a jak intenzivně musí působit elektromagnetické pole, aby se vyloučilo určité množství účinné látky, přičemž musíte zaručit, že pokaždé to bude stejné. A to je zatím hlavní překážka praktické aplikace. Ten systém musí být dokonale reprodukovatelný, protože není akceptovatelné, aby to v jednom pacientovi působilo tak a ve druhém onak.
Vzhledem k tomu, že jde o lék, takže regulatorní orgány velmi přísně posuzují, aby to pro člověka bylo opravdu bezpečné. Pořád to tedy otázka výzkumu. Ale je to fascinující běh na dlouhou trať, protože tento způsob jednou umožní, aby se spousta chorob stala léčitelnými. Díky kapslím by se daly použít i účinné látky, které jsou nestabilní anebo mají mnoho nežádoucích účinků. Takže kdyby se tohle podařilo opravdu dotáhnout, tak by to otevřelo docela dost možností léčby.
Protože léky by působily jen na nemocné buňky a ostatní by neovlivňovaly. Je tento princip postupného uvolňování využitelný i v jiných oblastech?
Určitě. Mikroskopičtí roboti by mohli fungovat i v čistících systémech, například při neutralizaci chemikálií v životním prostředí. Ale hlavní využití cíleného uvolňování látek z nějakých nosičů vidím v právě medicíně, nejen kvůli eliminaci nežádoucích účinků léků, ale třeba i pro ovlivňování nálady depresivních lidí anebo v senzorické oblasti. Myslím, že je to inteligentní způsob léčby budoucnosti. A také prevence, kterou budeme udržovat člověka zdravého.
Takže chytré hodinky, které už dnes hlídají základní životní funkce, by do budoucna mohly dostat další úkol?
To je bouřlivě se rozvíjející oblast, která se postupně posouvá do opravdové diagnostiky a elektrické metody, které před deseti, patnácti lety vyžadovaly místnost plnou sofistikovaných instrumentů, jsou dneska opravdu v krabičce, která se dává do hodinek.
Takže si budoucnost představuju tak, že člověk bude mít v sobě zásobu chemických robotků, které ponesou nějaké látky. A dříve než začne pociťovat nějaký subjektivní problém, tak hodinky poznají, které látky mu chybí a dají pokyn k vyloučení potřebného množství.
Roste počet dětí předávkovaných běžnými léky. ‚Upozorňují na něco, co je špatně,‘ vysvětluje primář
Číst článek
Když se teď ohlížíte za počátky svého výzkumu chemických robotů, jak velkou roli hrál prestižní grant Evropské výzkumné rady, díky kterému jste v roce 2008 získal na pětiletý výzkum 1,5 milionů eur?
Zásadní, těch pět let mi umožnilo riskovat a probádávat slepé uličky a tím dostávat nové a nové nápady. Protože to, že něco vědecky nefunguje, často znamená, že je tam nějak skrytý problém, který je třeba pochopit. Takže ERC grant mi dal spousta nových nápadů, díky kterým se rozrostla moje skupina. Začínal jsem v roce 2008 a teď už je nás tady kolem pětatřiceti.
Byl jste prvním českým vědcem, který získal tento prestižní vědecký grant, určený novátorským projektům. Zatím jich máme 78. Je opravdu tak složité tento ERC grant získat?
Je. Především musíte mít zajímavou a neotřelou myšlenku. Musíte mít za sebou nějakou publikační činnost a hlavně musíte přesvědčit odborný panel, že jste tento svůj radikální nápad schopný zrealizovat. Ten panel má třeba 15 členů a věci, kterou navrhujete, detailně rozumí jen dva nebo tři.
Takže projekt musí být napsaný tak, aby i ti ostatní vnímali, že je to novátorská myšlenka, která má smysl a váš navržený postup práce je nějakým způsobem kreativní. Mě pomohlo, že jsem v té době byl v londýnské Imperil College a tam jsem se naučil, jak napsat žádost o takový grant.
A už tehdy jste věděl, že výzkum budete směřovat na Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze? Neuvažoval jste o tom, že zůstanete v Anglii?
Ne. Psal jsem to s tím záměrem, že se vrátíme do Čech. Korespondovalo to s naší rodinnou situací. Díky ERC grantu jsem postupně mohl utlumit práci své britské skupiny a zároveň rozjet tu českou. Teď v naší Laboratoři chemické robotiky máme kolem 35 lidí, hlavně samozřejmě studentů a je to super. Oni jsou všichni šikovní, mají spoustu nápadů, baví je to a je radost s nimi dělat. Pro mě je to doslova energie v přímém přínosu.
