Kupředu do minulosti
Zpět
Podle některých odborníků hrozí rozšíření superbakterií a pokud by došlo k pandemii, šly by stranou obavy, jestli má lék vedlejší účinky
Pomohou nám nanotechnologie, nanorobůtci vypuštění do krevního oběhu, nahradit stále méně účinná antibiotika nebo léčit další jinak těžko zvládnutelné nemoci? A nemohou přinést také problémy a nebezpečí, o kterých dnes ještě nevíme? Jsou tyto technologie zneužitelné k nové formě sociálního inženýrství, kdy by s jejich pomocí byla měněna psychika lidí? Nebo lidstvo najde způsob, jak zacházení s nimi smysluplně regulovat?
O tom všem rozmlouvá Martina Kociánová v další části rozhovoru s profesorem Františkem Štěpánkem, člověkem, který spojil staré znalosti s novými technologiemi a otevřel novou cestu k výrobě antibiotik, která nezpůsobují u bakterií rezistenci. Ten nyní působí v Praze v Ústavu chemického inženýrství na Vysoké škole chemicko-technologické. Zabývá se charakterizací a syntézou funkcí mikro a nano částic, dálkovým ovládáním enzymatických reakcí a řízeným vylučováním účinných látek.
Martina: Pane profesore, vy samozřejmě chcete roboty využít jako nosiče přírodního léku, jak jsme o tom mluvili minule. Ale velmi často se objevují obavy, že by se jimi dalo ovlivňovat lidské chování a jednání. Třeba v tom smyslu, aby lidé byli klidnější, poslušnější, povolnější, méně agresivní a odevzdanější. Můžeme to nazvat jakkoli. Politická veřejnost by asi říkala „vstřícnější“, ale nikoliv na základě svobodné vůle jednotlivce, ale z vůle někoho jiného. Vy tomu rozumíte, já o tom pouze čtu, ale bylo by možné dosáhnout ovlivnění lidí v masovém měřítku?
František Štěpánek: Možné by to jistě bylo. Ale nemyslím, že tím, co by to umožnilo, by byly chemičtí robůtci. Klíčovou by byla látka, kterou bychom chování chtěli ovlivnit. Podívejme se na alkohol, nikotin, kofein, což jsou nejrozšířenější běžně dostupné látky ovlivňující naši psychiku, a potom na paletu opiátů, které ovlivňují lidské vědomí hlouběji. To nejsou látky, u kterých by bylo výhodou zapouzdřit je do robůtků a dopravovat po těle, protože jde o molekuly, které jsou dostatečně stabilní a dobře rozpustné v tělních tekutinách a je možné je systematicky aplikovat. Prostě cirkulují krevním řečištěm do celého těla a ovlivní centrální nervovou soustavu.
U chemických robůtků je hlavním benefitem možnost dopravit na místo určení látku, která je nestabilní nebo příliš toxická na to, aby mělo smysl ji aplikovat v podobě rozpuštěné molekuly do krevního řečiště těla. Pokud bych měl dostatečné množství látky, která je schopna změnit psychiku lidí, tak nepotřebuji chemické roboty. Stačí ji prostě dostat do distribuční sítě vody nebo ji rozprášit pomocí dronu.
Cokoliv se týká aplikace nového přípravku do lidského těla, podléhá velmi striktním regulacím Státního ústavu pro kontrolu léčiv
Martina: To by bylo zbytečně sofistikované.
František Štěpánek: Ano, to by bylo zbytečně sofistikované, pokud bychom si představili, že by je někdo chtěl zneužít.
Martina: Pojďme se vrátit k tomu, na co můžeme vaši technologii využívat v dobrém – a to je boj proti super odolným bakteriím. Dočetla jsem se, že v loňském roce na území Evropy zemřelo na nezvládnuté bakteriální infekce 25 tisíc lidí. To není málo a vědci, kteří se antibiotikům a bakteriím věnují, tvrdí, že to je pouze začátek. Za jak dlouho je možné, že by vaši roboti, potažmo česnek, mohli ruku v ruce pomáhat?
František Štěpánek: To je otázka, kterou dostávám poměrně často…
Podle některých odborníků hrozí rozšíření superbakterií a pokud by došlo k pandemii, šly by stranou obavy, jestli má lék vedlejší účinky nebo ne
Martina: Nabízí se…
František Štěpánek: To bych i já rád věděl. Je třeba si uvědomit, že cokoliv se týká aplikace nového přípravku, technologie do lidského těla, podléhá velmi striktním regulacím Státního ústavu pro kontrolu léčiv, který je analogický k organizacím v jiných státech. Třeba americké FDA a podobně.
Relativně rychlý proces probíhá v oblasti povrchových aplikací, kožních mykóz, hojení ran. Moji kolegové Viola Tokárová a Ondřej Kašpar řeší projekt podporovaný Technologickou agenturou České republiky zaměřený na vývin prototypu náplasti, která by dokázala alicin doručovat na povrchová zranění. V horizontu řádu let se to dostane minimálně do fáze, kdy to bude takzvaně technologicky zvládnuté.
Další otázka je ekonomická. Někdo to musí chtít vyrábět a musí to být pro něj dostatečně zajímavé. Tady se tato záležitost dostala z akademického výzkumu do stádia, kdy je ověřena na laboratorní úrovni na menším vzorku, nejdříve u zvířat a potom u pacientů. Takže pro možnou povrchovou aplikaci je to otázkou jednotek let.
Pro vnitřní aplikace to je ale samozřejmě mnohem komplexnější, protože v okamžiku, kdy se něco aplikuje do krevního řečiště, tak proti tomu může vždy nastat imunitní odezva. Takže přes předklinické a klinické studie fáze jedna, dva, tři jde o běh na hodně dlouhou trať.
V současné době spolupracujeme v oblasti předklinických studií, to znamená na aplikaci do laboratorních myšek, takovým způsobem, aby bylo možné ověřit, jak dlouho jsou takové nosiče schopny v krevním řečišti cirkulovat. Zda se akumulují skutečně v cílovém orgánu v dostatečné koncentraci, za jak dlouho – a tak dále. To abychom mohli nastavit základní parametry takzvané farmakokinetiky, což je oblast, která se zabývá tím, jak dochází k distribuci léčiv a jejich nosičů v těle. A od toho se odvodí další experimenty a studie, u kterých je velmi těžké dělat nějaké predikce.
Na druhou stranu, pokud by skutečně došlo k tomu, co podle některých odborníků reálně hrozí, že by se skutečně některé ze superbakterií začaly rozšiřovat v masivnějším měřítku, tak by asi došlo k výrazné akceleraci všeho. V okamžiku, kdy by to začalo být otázkou přežití lidstva, pokud by došlo k nějaké pandemii, tak by šly stranou obavy z toho, zda to má vedlejší účinky anebo ne, a šlo by se velmi brzy do masivnějších klinických studií. To ale předbíhám a samozřejmě si nic takového nepřeji. Ale je třeba být připraven a pracovat na technologii, která bude v záloze, pokud by skutečně něco takového nastalo.
Martina: Několikrát jste říkal, že nosič vpravíte do těla, a já si teď uvědomuji, že nevím jak. Hovořil jste o krevním řečišti. Musí se dostat do těla formou nějaké tabletky, nebo intravenózně?
František Štěpánek: Intravenózně. Pokud by se podalo „per os“, což je z hlediska aplikace mnohem pohodlnější a robustnější způsob, tak by bylo třeba překonat několik dalších bariér. Muselo by to do krevního řečiště přejít přes kyselé pH žaludku. Z toho důvodu se soustředíme na aplikaci nitrožilní a teprve později je možné uvažovat o dalších způsobech.
Ale nosič je možné dostat do krevního řečiště nejen klasickou intravenózní aplikací, ale třeba i transdermální – pomocí mikrojehliček. To je relativně nová technologie, kterou se účinná látka, nebo nanočástice, dostane přes kožní bariéru do krevního oběhu. Z hlediska aplikovatelnosti je to pohodlnější než injekce a není potřeba překonávat bariéry v trávicím traktu.
Chemické robůtky se snažíme konstruovat z látek, které jsou biologicky odbouratelné
Martina: Nemohlo by se stát, že se tito nositelé léčebné látky budou v lidském těle někde hromadit, usazovat? Jakým způsobem je pak z těla dostaneme, když je již nepotřebujeme?
František Štěpánek: V první řadě toto není určeno pro chronické aplikace, jako třeba tabletky na regulaci krevního tlaku, které člověk může brát třeba 20, 30 let. Je to míněno skutečně na jednorázovou aplikaci. Celkové množství, které by se tímto způsobem do těla vpravilo, by se pohybovalo v řádech maximálně stovky miligramů.
To je prvním argumentem proti možnosti, že by se to někde kumulovalo. Ale hlavně, my se snažíme chemické robůtky konstruovat z látek, o kterých předem víme, že jsou biologicky odbouratelné. To znamená, že poté, co robůtek vykoná svoji misi a dopraví látku na místo určení, tak se rozloží a nemělo by po něm nic zbýt. Ty kapsulky, liposomy, jsou složeny z fosfolipidů, což jsou látky, které se v těle vyskytují přirozeně a ze kterých jsou vytvořeny i membrány v našich buňkách. Takže tělo je vybaveno na to, aby fosfolipidy trávilo.
Martina: Jak jsou velké?
František Štěpánek: Liposom, nejmenší elementární kapsulka, měří kolem osmdesáti až sta nanometrů. To je rozměr, na který míříme. A ty jsou poskládány do agregátů, kde jsou propojeny polymerem, který je obalí a drží dohromady. Tyto agregáty mají velikost zhruba už ve stovkách nanometrů.
Co se týká chemického robůtka, který obsahuje enzym a magnetické nanočástice, tak se dostáváme na velikost zhruba jednotek mikrometru. Jenom pro představu, červená krvinka má průměr zhruba pět až šest mikrometrů a tlustá je dva až tři. Takže jsme zhruba na rozměrech, které jsou trošku menší než krevní buňky.
Martina: Pokud bychom dali vašeho robůtka pod mikroskop a mnohanásobně zvětšovali, jak vypadá?
František Štěpánek: Vypadá jako kulička. Kulový tvar je přirozeným tvarem, který minimalizuje poměr povrchu k objemu. Takže pokud neexistuje nějaký jiný, speciální důvod, aby byl potřeba nějaký jiný tvar, tak jaksi ta tělesa v důsledku povrchového napětí spontánně tvoří kuličky. Jsou to měkké kulové částice, takže pokud je potřeba, aby se protáhly nějakou úzkou kapilárou, tak jsou schopny se zdeformovat, protáhnout a pak se opět vrátit do tvaru koule. Jde o deformovatelný materiál, kterému se říká „hydrogel“.
Dalším využitím robůtků by bylo, že bychom mohli pomocí plynů, které mají fyziologické účinky, ovlivňovat chemické procesy na lokální úrovni
Martina: Váš objev je záležitostí, která by možná mohla v budoucnu zachránit lidstvo. Jaký je váš cíl? Zatím o tom mluvíte s vášní vědce, člověka, který objevuje, tvoří, kdy každý den je výzvou, že se může objevit něco nového. Ale co by mělo stát na konci tohoto úkolu, který jste si dal?
František Štěpánek: Nemám vlastně dopředu daný nějaký konečný cíl. Na začátku to pro mě byla výzva čistě z pohledu chemického inženýra, tedy zda je vůbec možné sestavit takhle maličkou věcičku a řídit, jakou rychlostí uvnitř probíhají chemické reakce, a něco se z ní uvolňuje. To bylo první motivací. Vyzkoušet, jestli to jde.
Samozřejmě na pozadí byly další možnosti v tom smyslu, že pokud by to fungovalo, tak by to mohlo mít nějaké aplikace v medicíně a tak dále. V okamžiku, kdy jsme se dostali do stádia, že to jde, tak člověk začne uvažovat: Dobře, pojďme se podívat, zda je možné, kromě nějaké modelové situace, která vede k tomu, že se změní barvička – a já jsem schopen prokázat, že tam došlo k reakci, vložit tam systém, který vede k něčemu užitečnému. To je dalším dílčím krokem. A pokud ano, tak se podívejme, zda to může být funkční „in vivo“. A to už se dostáváme k aplikacím.
Z hlediska mých aktuálních cílů bych to chtěl dovést do stádia, kdy je to možné připravovat reprodukovatelným a škálovatelným způsobem, tedy zvětšovatelným do nějakých jednotek miligramů, do industriálního měřítka. To je jeden cíl. A druhým je dovést vše do stádia, kdy je prokázán účinek „in vivo“ a je možné to předat dále kolegům, kteří by se zabývali industriální produkcí a komerční aplikací takovýchto systémů.
A samozřejmě, tento chemický robůtek je také velmi zajímavým nástrojem výzkumu, protože umožňuje studovat interakci molekul, které se běžným způsobem do systémů v živých buňkách nedají dostat. Například plynu. To je projekt, který jsme nastartovali poměrně nedávno. Například o jednoduchých plynech, jako například oxid dusnatý NO, je známo, že mají zajímavé fyziologické účinky. Ale protože jde o plyn, tak nelze jeho působení vystavit celého člověka. Ale pokud bychom měli technologii, která dokáže daný plyn ve vyšší koncentraci syntetizovat lokálně, tak můžeme ovlivňovat chemické procesy pomocí plynů na lokální úrovni. To je zajímavé z hlediska medicínské aplikace a vůbec zkoumání buněčných systémů. To by bylo dalším využitím robůtků.
V případech, kdy je třeba předběžně prokázáno nebo existuje hypotéza, že daná molekula, kterou ale nelze dostat do těla normálním způsobem, má fyziologický účinek, se snažíme tuto molekulu vyrobit pomocí chemického robůtka. A tím ji dostat jen do místa, kde by měla mít účinek.
Martina: Jak je to drahé? Vím, že je to hudbou budoucnosti, ale přes to všechno – bude to dostupnou léčbou?
František Štěpánek: Dělal jsem si orientační výpočet na základě cen chemikálií, které používáme na přípravu, nebo vstupních surovin. A nejdražším elementem je lidský čas. Vaříme to v malém množství v laboratoři, takže cena by klesala v okamžiku, kdy se začne zvětšovat měřítko a produkovalo by se ve větším množství. Čistě z hlediska materiálové bilance, když se spočítá, kolik fosfolipidů a dalších komponentů, ze kterých je to složeno, do toho chemického robůtku vstoupí, tak to nevychází nějak draho. Je to v řádu stovek eur na deset gramů. V porovnání s běžnými léky nebo účinnými látkami, které v těch lécích jsou, to není o nic dražší. Spíš jde o to, aby technologii výroby bylo možné skutečně škálovat z miligramů, jak to děláme nyní, do industriálního měřítka. Tam se bude rozhodovat, jak to bude cenově vycházet.
Martina: Napadla mě otázka, která k tomu možná vůbec nepatří, ale v poslední době všichni řeší český česnek. Je opravdu velký rozdíl, jestli je česnek náš, čínský nebo španělský? Je náš česnek opravdu silnější?
František Štěpánek: Je to tak, ano.
Martina: To jsem ráda, že to říkáte.
František Štěpánek: V našich krajinách je česnek považován za koření. Za něco, co je v relativně malém množství velmi aromatické. Zatímco v asijské kuchyni je česnek spíše zeleninou. Jsou tam zvyklí česnek konzumovat v mnohem větších objemech podobně, jako u nás mrkev nebo brambory, protože u nich není tak silný jako ten náš. Takže ano, co se týče obsahu účinných látek i aromat, která jsou s nimi spojena, tak česnek, který jsme zvyklí historicky konzumovat v našem regionu, je jiný než ten čínský.
Martina: Líbí se mi, že váš objev naplňuje náš název „Kupředu do minulosti“, protože vy také v základu stavíte na tom, co naše babičky věděly dávno. Že je potřeba dávat česnek, silné vývary a že to všechno léčí.
František Štěpánek: Je to tak. Zmínky o česneku jdou i dále do minulosti. Římské legie nosily s sebou česnek jako lék, takže fakt, že česnek má léčivé účinky, je lidstvu znám. Když si představíme, jak se člověk postupně vyvíjel, tak je logické, že vyzkoušel, co všechno se v jeho okolí dá sníst. A pokud ho to nezabije, tak fajn, když je to výživné, ještě lepší a občas se něco sní a ukáže se, že je to léčivé. Je to prostě empirie a opakováním se přišlo nejen na česnek, ale na veškeré bylinkářství. A lidová medicína s tím souvisí. Jde o způsob, jak objevit rostliny, ve kterých jsou nějaké účinné látky, které mohou mít na konkrétní indikace účinky.
V bylinkách je spousta účinných látek s léčivým účinkem. Ale je potřeba to kombinovat s rozumnou diagnózou a s tím, zda je to správná volba
Martina: Musím se zeptat. Věříte vy, chemik, profesor, vědec, bylinkám?
František Štěpánek: Samozřejmě, věřím. Existuje i seriozní disciplína, které se říká bioprospecting, která je založena na tom, že se sbírají vzorky všech možných bylinek, listů, plodů a z nich je snaha izolovat jednotlivé molekuly, ze kterých se skládají – a testovat jejich účinek. Buď se to dělá vyloženě na slepo, tak, že se prostě projede tisíce a tisíce molekul a z nich se najde jedna, která má nějaký zajímavý fyziologický účinek. Nebo tak, že navštěvují různé indiánské kmeny a ptají se jich: „Proč používáte tohle a jaký to má účinek?“ A oni se podělí o své zkušenosti a pak se hledá molekulární podstata, proč to funguje.
Martina: A pak je vyženeme z pralesa a vytrháme to tam. To samozřejmě zjednodušuji.
František Štěpánek: Určitě na tom něco je. Podložení zkušeností je reálné. Ale samozřejmě, když na to nahlížím pohledem farmakogenetiky, tak je to otázkou takzvané biologické dostupnosti. To znamená, kolik z účinné látky z konkrétní kytičky se nakonec dostane do těla poté, kdy se usuší, vyvaří a vypije. Je také určitě potřeba znát indikaci. Takže pokud se položí otázka, zda věřím na bylinky, pak ano. V rostlinách je určitě spousta účinných látek, které jsou prospěšné a mohou mít léčivý účinek. Ale je potřeba to kombinovat s rozumnou diagnózou a s tím, zda je to zrovna to správné.
Otázkou je, jak velkou populaci je zeměkoule schopna uživit. Je jasné, že není možné, aby to postupovalo takto dál. Dřív nebo později narazíme na nějaký limit
Martina: U Vás je vlastně velmi pozoruhodné spojení starého vědění se supermoderní technologií. A když o tom takto nadšeně vyprávíte, tak mám pocit, že nás budou muset vybít viry, protože na bakterie jste vyzráli. Dá se tato léčba uplatnit i proti virům? To už je ale asi úplně jiná písnička, jiný základ.
František Štěpánek: To je něco jiného a jiný je i mechanismus, jakým viry fungují. Není to již mikroorganismus, na který by člověk cílil, ale je to na genetické úrovni. Myslím, že v tomto případě jde spíš o něco jako antivirotika, systematicky podávané molekuly, které jsou rozpuštěné v krevním řečišti. Navíc viry nejsou lokalizované, virus je všude. Nelze jej zacílit jako bakteriální infekce, jako třeba nádor, který je lokalizován.
Martina: Nyní vám položím otázku, kterou považuji za podpásovku. Týká se přelidněnosti planety. Přemýšlel jste nad tím z tohoto hlediska? Protože váš objev je ohromný a já věřím, že časem bude převratný a klíčový. Je nás však stále více a vy jste stále lepšími vědci – a tak nastává problém, že nefunguje přirozený výběr. Dožíváme se mnohem vyššího věku, snižujeme dětskou úmrtnost a tak dále. Láme si chemik nad tímto hlavu?
František Štěpánek: Samozřejmě, že občas přemýšlím i nad těmito globálními otázkami. Je to těžké. Lidstvo se v relativně krátké době, postupně, možná od průmyslové revoluce, dostávalo ze stádia, kdy šlo o to přežít a najít si dostatek potravy, do situace, kde tento problém už neexistuje a hlavní otázkou je kvalita života. Otázkou je, jak velkou populaci je zeměkoule schopna udržitelným způsobem uživit. Netýká se to samozřejmě jen zdraví, potravin, ale také energetických a materiálových zdrojů. Asi je všem jasné, že není možné, aby to postupovalo dál a dál. Dřív nebo později se narazí na nějaký limit.
Problémem je geografické rozložení, protože v regionech, které jsou z hlediska sociologického a ekonomického nejdál, nedochází k populační explozi, spíše naopak, trpí nedostatkem populace. K populační explozi naopak dochází v chudších regionech. Toto se musí vybalancovat. Tím, že v regionech, kde dnes probíhá populační exploze, dojde k tomu, že se dostanou do podobného stádia, ve kterém je Severní Amerika, Evropa, ale třeba i některé asijské státy. Když dospějí k tomu, že kvalita života nespočívá jenom v tom mít víc a víc dětí. Jde i o ekonomický model, na kterém je založena rodina a život v dané oblasti. Věřím, že dojde k nějaké samoregulaci a nikoli k apokalypse, kdy by přelidněné státy sežraly ty nezalidněné.
Martina: Jak si ten proces samoregulace představujete? Ale to už je asi zase úplně jiný příběh, tak jen tak na okraj.
František Štěpánek: Čím více jde v dané zemi ekonomický vývoj dopředu, tak strategie dosažení prosperity není založena na tom, že budu mít 20 dětí, ale že budu mít dvě a o ty budu dobře pečovat. K tomuto stavu dospěla Evropa, Severní Amerika a myslím, že k němu postupně dospějí i ostatní světové regiony. Takto si samoregulaci představuji. Individuální rozhodnutí o tom, jak se zajistit na důchod, nebude spočívat v kvantitě, ale v kvalitě.
Martina: Hezky jste to naplánoval.
František Štěpánek: To je samozřejmě mimo moji expertízu, to by chtělo spíš nějakého sociologa nebo někoho, kdo se tím zabývá. V mých představách to však funguje takto.
Martina: Jste jedním z nejúspěšnějších vědců a mě zajímal právě váš názor. Pane profesore, moc vám děkuji za vaši práci, za to, že jste přišel k nám do studia. A děkuji také za to, že vaši nanoroboti budou dopravovat takovou látku – jako je extrakt z česneku – tam, kam mají. A možná nás tím mohou do budoucna zachránit.
František Štěpánek: Děkuji za pozvání.
Všechny příspěvky s František Štěpánek
Diskuze: