Věda do praxe: Origami není jen chytrá skládačka

Zákeřnost některých chorob spočívá v tom, že zneužívají lidské tělo jako štít, který je chrání před účinnou léčbou. Poslední dobou se ale ukazuje, že lékařům mohou v boji s rakovinou významně pomoci nanotechnologie. Vědci Washingtonské univerzity už v roce 2017 představili nový sofistikovaný systém s nanonosiči, který umí dopravit k nádoru svůj multifunkční náklad. Díky tomu, že postavili své nanonosiče jako hybridy syntetických materiálů měly unikátní schopnost nést nejen léčivo pro chemoterapii, ale nesly i fluorescentní nebo magnetické částice, které ohnisko nemoci zviditelní.

Vývoj nových aplikací DNA origami

DNA origami jsou nanostruktury připravované skládáním jednovláknové DNA do požadovaného plošného nebo prostorového tvaru pomocí přesně navržených krátkých sekvencí DNA - sponek. Skládání vyžaduje přesnou znalost pozice jednotlivých molekul v nanostruktuře. Na rozdál od jiných typů nanočástic tedy DNA origami umožňují plně kontrolovat typ, množství a pozici aktivních komponent na povrchu nanočístice. Vývojem a přípravou se zabývá vědecký tým Jaroslava Kočiška z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Jednodušší tvary jsou používány pro studium vlivu radiace na strukturu a stabilitu samotné DNA. V jiných aplikacích, například v mikroskopii, bývají použity jako přesná měřítka v nanometrové škále. Složitější struktury jsou ideálním systémem biokompatibilního nosiče aktivních látek do místa určení v mnohobuněčném organismu. Jednoduchost a přesnost modifikace umožňuje přípravu komplexních nosičů kombinujících terapii, diagnostiku, cílené a kontrolované uvolňování na základě vnějšího impulsu.

Během práce s těmito molekulami se výzkumnému týmu podařilo získat kontrolu nad přípravou různých přesně definovaných tvarů a velikostí. Mimo to se naučili získané nanostruktury upravovat pomocí vazeb nejrůznějšími kovy, či organickými molekulami. A dokázali i zvýšit stabilitu získaných DNA nanostruktur. Během výzkumu se vědcům povedlo vytvořit vlastní infrastrukturu a postupy pro přípravu a analýzu DNA origami. Tým dnes disponuje know-how pro design a úpravu jednotlivých tvarů.

Jak se ukazuje, mohly by se tyto nanostruktury využít jako nosiče pro cílený transport léčiv a aktivních látek do místa určení, tak i během cílené medicínské diagnostiky. Tím, že vědecký tým zvládl převzít kontrolu nad molekulami DNA origami se otevírá velmi nadějná cesta k jejich využití. Molekula DNA má v biologickém světě nespornou výhodu a to, že je bez jakéhokoliv omezení biokompatibilní.

Materiály, které řeší protikladné nároky

Výzkum biokompatibilních nanomateriálů a nanonosičů je jedním z nejrychleji rozvíjejících se oborů biomedicíny. Nároky na tyto molekuly jsou značné i protichůdné. Musí být dostatečně stabilní, odolné vůči prostředí organizmu, biokompatibilní a netoxické, počítaje v to i jejich produkty. Zároveň je třeba, aby byly snadno rozložitelné v cílovém místě poté, co splní svoji funkci. Bohužel syntetické materiály jsou tělem pacienta často vnímána jako „cizí“ látka. Proto se výzkum těchto materiálů rozjíždí na vícero frontách včetně studia organických látek, které bývají z principu biokompatibilní, jako jsou tuky, proteiny, či molekuly DNA.

„Materiály na bázi tukových molekul shlukujících se do kapének, se ukázaly jako velice nadějné a praktické. Velká část společnosti se s výsledky jejich výzkumu setkala během očkování proti Covid-19. Během posledních pár let se proto investují značné prostředky do tohoto směru. Bohužel i mnoho nadějných molekul z tohoto prostředí je ve větším množství pro organizmus toxické. Výzkum na poli DNA origami nanostruktur ukazuje jejich schopnost nedostatky obejít,“ vysvětluje administrátor kanceláře transferu technologií Tomáš Chum z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.

Proteinové složky a nanonosiče bývají součástí dnešních moderních očkovacích látek jako přísady, které zesilují účinek očkovacích vakcín a stále častěji nahrazující molekuly koloidního hliníku, který se používá po desetiletí, ale aktuálně upadl ve značnou nevoli ve společnosti. „I v tomto směru se velice intenzivně pracuje na zlepšování vlastností, nicméně vzhledem ke své podstatě mnoho molekul může snadno u vnímavější části populace vyvolat alergickou reakci, což není výjimečné ani během očkování,“ dodává Tomáš Chum.

Skupina Jaroslava Kočiška z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR se také již delší dobu věnuje výzkumu vlivu ionizujícího záření, které je využíváno během radioterapie pro léčbu různých forem rakoviny. „Výzkum je především zaměřen na vliv záření a vzniklých radikálů na molekuly DNA. Během práce s tímto materiálem se ukázalo, že by byl vhodným kandidátem pro přípravu cílených nanostruktur, které by dokázaly zesílit účinnost dnešní konvenční léčby a otevřely by další cesty k přesnější diagnostice a cílení léčby,“ říká Tomáš Chum. Využitím DNA origami by se mohl počet přísad a tím i alergenů ve vakcínách výrazně snížit. V roku 2021 byla ku příkladu vyvinuta tubulární robotická DNA origami nanostruktura o průměru jen 19nm, otevírající se v závislosti na pH prostředí a kombinující cílící antigeny s adjuvans pro imunoterapii rakoviny, jejíž účinnost byla potvrzena na myších modelech in vivo.

Komerční využití

„Výsledky našeho výzkumu jsou připraveny pro obchodního partnera, který má již nějaké zkušenosti v oblasti výzkumu léčiv a jejich cílení do oblasti účinku,“ doplňuje Tomáš Chum.

Vědci hledají napříč byznys sférou spolupráci pro využití jejich know-how v oboru DNA origami pro přípravu cílených nosičů léčiv, diagnostických sloučenin využitelných během medicínské terapie, zobrazování a diagnostiky, případně jejich kombinaci (teranostika). Cílem spolupráce je vytvoření infrastruktury pro výrobu většího množství léčiv na bázi DNA origami a jejich umístění na trhu.

Více informací naleznete v databázi Portálu transferu AV ČR.

 

Zdroj: Akademie věd ČR

 

Tento článek vyšel v rámci seriálu Věda do praxe vznikajícího ve spolupráci s Centrem transferu technologií AV ČR a spolkem Transfera.cz, který je partnerem rubriky Transfer a spolupráce portálu Vědavýzkum.cz. Transfera.cz je jednotná funkční platforma hájící zájmy transferové komunity v ČR s cílem pracovat na posílení činností v oblasti transferu technologií a jejich rozvoji.

Transfer technologií je zjednodušeně přenos myšlenky, poznatku či vynálezu do praxe. Jde o dlouhou cestu, během které je nutné zajistit dostatečné financování, právní ochranu i správné komerční nasměrování původního nápadu. Bez profesionálního transferu technologií se komerčního úspěchu prakticky žádný vynález nedočká. I tak v praxi v Česku uspěje přibližně každý desátý projekt. Ročně zajišťuje transfer technologií české vědě prostředky v řádech miliard korun.

CETTAV (Centrum transferu technologií AV ČR) je specializované oddělení Střediska společných činností AV ČR. Poskytuje konzultace a služby všem pracovištím AV ČR v oblasti uplatňování výsledků výzkumu v praxi. Pomáhá vědeckým týmům s konkrétními případy komercializace výsledků, analýzou potenciálu praktického uplatnění, strategií ochrany duševního vlastnictví i smluvním zajištěním spoluprací s aplikačním sektorem. CETTAV vytvořil a stará se o obsah Portálu transferu AV ČR.