Pro rychlejší vývoj léků

Na obrázku zleva: Prof. Dr. Harald Riegel, Max-Jonathan Kleefoot, Lena Kruse, Prof. Dr. Christian Neusüß, Sebastian Funken a Ann-Katrin Schwenzer vedle nově zakoupeného iontové mobilitní hmotnostního spektrometru. © Hochschule Aalen | Andrea Heidel

Celosvětová pandemie COVID-19 více než kdy jindy ukázala: Jednou z hlavních výzev naší společnosti v oblasti zdravotnictví je rychlý vývoj nových léků a vakcín. Zejména v analýze antikörperových účinných látek chybí efektivní a vysoce přesné systémy. Na to navazuje právě nedávno zahájený výzkumný projekt na vysoké škole (HS) Aalen: Interdisciplinární tým si stanovil za cíl výrazně urychlit vývoj vakcín a léků. Projekt „ProCeVen“ je financován přibližně dvěma miliony eur ze Spolkového ministerstva pro vzdělávání a výzkum (BMBF) a umožňuje třem studentům získat doktorát na HS Aalen.

Po více než dvou letech s koronavirem je většině z nás pravděpodobně více než dobře znám způsob používání rychlých antigenových testů. Jen málo kdo se však pravděpodobně hlouběji zabýval tím, jak tyto testy vlastně fungují: „Jednoduše řečeno, dokazují, zda jsou v krčním prostoru testované osoby přítomny určité virusové proteiny,“ vysvětluje Max-Jonathan Kleefoot, doktorand v Laserovém aplikačním centru (LAZ) na vysoké škole Aalen.

Studium proteinů však hraje důležitou roli nejen v tomto, ale v celém medicínském oboru – jak v diagnostice nemocí, tak při vývoji nových léků. Biopharmaceutické společnosti, tedy výrobci léků, například testují účinnost takzvaných antikörperových účinných látek tím, že v krvi pacientů hledají určité proteiny. „Úspěch a bezpečnost těchto nových proteinových účinných látek a tím i zdravotní péče o obyvatele závisí do značné míry na možnostech bioanalytiky,“ upozorňuje prof. Dr. Christian Neusüß, vedoucí Ústavu analytické a bioorganické chemie na HS Aalen.

Nejnovější metody a techniky používané dosud k analýze antikörperových účinných látek však rychle narážely na své limity a často zdržovaly individuálně přizpůsobený vývoj léků. To nyní chtějí vědci v Aalenu změnit v nedávno zahájeném interdisciplinárním projektu: Vyvíjejí nový analytický systém, který umožní podstatně efektivnější a přesnější analýzu proteinů v biopharmaceutických účinných látkách. Poprvé spolupracují vědci z Ústavu analytické a bioorganické chemie a Laserového aplikačního centra (LAZ) v rámci společného projektu.

Tým poprvé propojuje dvě důležitá instrumentální analytická metoda, které dříve nebyly možné kombinovat: takzvanou kapilární elektroforézu s iontovou mobilitou hmotnostní spektrometrií a výměnou vodíku/deuteria. „Tyto složitě znějící metody slouží k získání podrobných strukturálních informací o proteinech a tím i o jejich medicínském účinku. Navíc poskytují informace o výrobou podmíněných variantách proteinů,“ vysvětluje koordinátor projektu Neusüß.

Chip-ventil funguje jako otočné dveře

Navíc tým z oblasti instrumentální bioanalytiky vyrábí nový, na čipu založený ventil z skla s průměrem přibližně jednoho stolního tenisu, který nahradí dosavadní plastovou součástku v analytickém zařízení. „Tento kulatý ventil si lze představit jako otočné dveře. Přesně zachytí nejmenší množství tekutin v nanolitrech a přenese je dále otáčením,“ vysvětluje Kleefoot. Protože ventil má nejen jedno, ale několik otvorů a velmi malých kanálků uvnitř, může postupně zachytit několik kapek a poté je jednotlivě přivést k dalšímu oddělení a charakterizaci pomocí hmotnostního spektrometru.

„Na tento ventil potřebujeme pohyblivé skleněné díly, které vyžadují vysoce přesnou výrobu. Technologie ultrakrátkých pulzů laserů s přesnou pulzní energií a nastavitelnou vlnovou délkou umožňuje výrobu těchto skleněných dílů, jejich povrchy dále funkčního a integraci individuálně přizpůsobených analytických technik,“ dodává Neusüß. Část laserové výroby zajišťuje tým vědců v LAZ pod vedením prof. Dr. Harald Riegela. Projekt rovněž umožňuje třem studentům HS Aalen realizovat jejich disertační práce: například Sebastian Funken, student na HS Aalen, bude ve své disertační práci zkoumat laserovou úpravu skla.

Dvě doktorandky, Lena Kruse a Ann-Katrin Schwenzer, zároveň doktorsky zkoumají oblast instrumentální bioanalytiky v Neusüßově skupině. „Také studenti, především z oborů biopharmaceutických věd, strojírenství/produkce a managementu a optoelektroniky, jsou již od začátku bakalářského studia zapojeni do laboratoří a přímo spolupracují s doktorandy na nejnovějších výzkumných tématech, čímž jsou uvedeni do vědecké práce,“ zdůrazňují profesoři Neusüß a Riegel shodně.

„Sklo je jako náhrada za dosavadní plastovou součástku podstatně vhodnější, protože je odolnější, méně náchylné ke kontaminaci a tím i trvanlivější a udržitelnější,“ popisuje Funken. Laserem lze v skleněném tělese vytvářet vysoce přesné, geometricky definované struktury a mikrokanály. Navíc laser řeže ostré hrany a otvory, a může integrovat optické prvky do skleněného tělesa. Přibližně 500 000 eur z celkového financování ve výši asi dvou milionů eur směřuje do výzkumu laserové výroby v LAZ, a dalších 800 000 eur je investováno do rozšíření vybavení HS Aalen, například na pořízení iontové mobilitní hmotnostní spektrometrie (na fotografii) a laserového skenovacího mikroskopu. S iontovou mobilitní hmotnostní spektrometrií mají být poprvé na světě zkoumány rozdíly v prostorové struktuře biopharmaceutických proteinů v rámci této unikátní kombinace. Tyto přístroje byly již nainstalovány a doplňují stávající vybavení, přičemž budou v dalších projektech nadále využívány ve výzkumu.