Kdy jste se zamiloval do vědy?
Už na základce a na střední jsem si oblíbil fyziku, biologii a hlavně chemii. Jezdil jsem na různé olympiády a soutěže. Ale až v druháku na vysoké, když jsem začal pracovat jako brigádník v chemické laboratoři a dělal v podstatě „špinavou" práci pro ostatní, mě to skutečně zaujalo. Tehdy jsem se zamiloval, nadchnul a bylo mi jasné, že se chci vydat cestou chemika. Ale ještě v té době jsem byl docela přesvědčený, že spíš v průmyslu. Že chci dělat nějaký vývoj, výzkum, ale spíš ten aplikovaný.
Byl to podle Vás perspektivnější obor?
V místě mého tehdejšího působení ano. Studoval jsem totiž v průmyslovém městě na Rochesterské univerzitě ve Spojených státech. Takže chemický průmysl se mi zdál logičtější – bylo hodně příležitostí k růstu, byly slibné podmínky a vyhlídky. Jenže v roce 2008 nastala „slavná“ ekonomická krize a panovaly těžké časy. Všechny firmy, které jsem znal, ze dne na den zavřely. Studoval jsem organické polovodiče a psal diplomku zaměřenou na organické LED obrazovky ve firmě Kodak, jenže se veškerý výzkum zastavil. Přístroje se vyhazovaly do popelnic na ulicích. Bylo to neuvěřitelné a smutné, protože některé z nich byly opravdu výjimečné. Něco jsme zachránili a převezli na univerzitu, ale neměli jsme dostatečnou kapacitu na všechno.
Ekonomická krize Vás tedy donutila změnit zaměření?
Musel jsem kvůli ní přehodnotit plán, takže mně spíš pomohla k návratu do Evropy. Začal jsem studovat doktorát na rakouské univerzitě, kde mě zaujal výzkum tzv. organických fotovoltaických článků. Tak, jak je známe ze střech, ale na bázi organických materiálů, se kterými jsem měl zkušenost z Ameriky. Během doktorátu jsem se zaměřil i na přírodní materiály a jejich elektrické vlastnosti. Konkrétně jsem zkoumal pigment indigo, modrou barvu známou třeba z džín. A to mě začalo odklánět biologickým směrem. Rozhodl jsem se, že zkusím studované materiály, původně zamýšlené pro průmyslové uplatnění, využít v biomedicíně.
Jak těžké bylo tento zásadní obrat zrealizovat?
V té době měl můj bývalý vedoucí doktorské práce nemocné oko, odchlípenou sítnici. A já se s tou problematikou začal seznamovat – mluvil jsem s jeho chirurgem, který měl čas odpovídat na moje otázky. Zaujalo mě, že existují umělé sítnice. Jedná se o světločivé náhrady na bázi umělých materiálů. A mně přišlo, že přírodní polovodičové materiály, které zkoumám, by na to byly ideální. Intenzivně jsem na tom pracoval, navázal jsem spolupráci s lidmi, kteří mi pomohli s biologickou stránkou. Byli z elektrofyziologie, což je obor fyziologie zaměřený na elektrické vlastnosti neuronů, nervů, mozku, sítnice... To byla taky láska na první pohled.
Chtěl jste poznatky a možná i technické postupy z průmyslové chemie využít v neurovědě? Jak na to reagovalo okolí?
Hleděli na nás jako na blázny. To už jsem měl doktorský titul a vedl jsem první diplomanty. Měl jsem štěstí na skupinu mladých vědců, kteří byli otevřeni k takovému šílenému výzkumu. Chodili jsme do elektrofyziologické laboratoře, měli jsme naše materiály, lasery a různé světelné zdroje, a začali jsme dělat experimenty. Většina lidí byla úplně v šoku. Že jsou lasery nebezpečné a co to jako vyvádíme. Byl tam jen jeden vedoucí skupiny, který nám věřil, ostatní nás „vyhejtovali“. Byli jsme vyhnáni, museli jsme založit novou laboratoř daleko od ostatních a dělat biologické experimenty mimo běžnou pracovní dobu, takže o víkendech. Takhle divoce jsem v roce 2015 začínal v oboru, ve kterém jsem doteď.
Už o rok později jste ale působil ve Švédsku. Co Vás k tomu přimělo?
Dostal jsem nabídku od švédské instituce založit výzkum molekulární medicíny. Je to široký pojem, který vlastně ani nevím, co znamená. Jednalo se o jiné přístupy k medicíně, které jsou založené na zkoumání molekulárních vlastností materiálu. Zaujal je projekt se sítnicí. V té době jsme o tom publikovali a měli jeden patent. A oni se o tom dozvěděli a přišli s lákavou nabídkou, kterou financovala nadace vlivné švédské rodiny Wallenbergů. Takový švédský Bill Gates. Chtěli celý výzkum přesunout do Švédska. Dostal jsem peníze na 5 let a mohl jsem s sebou vzít několik kolegů. Poprvé jsem se stal vedoucím skupiny.
Co to pro Vás znamenalo?
Ve vědecké cestě je osamostatnění zásadní bod zlomu. Musel jsem začít od začátku. Naštěstí jsem měl s sebou kolegy a slušné financování díky nadaci. Začal jsem verbovat lidi do své první vědecké skupiny. Do konce roku 2019 jsem vedl tucet postdoků a doktorandů a odpromoval prvního doktoranda. Tehdy jsem byl už pevně ukotvený ve vědeckém akademickém světě a věděl jsem, že v něm už asi zůstanu. I když mě aplikovaný výzkum zajímá a spolupráci s firmami se nebráním. Naopak ji podporuji a myslím, že je důležitá.
Následuje působení v Česku. Kdyby Vaše manželka nebyla z Brna, zůstal byste ve Švédsku?
Rozhodně ne. Ale otázka je, jestli bych se ocitnul tady. Upřímně si myslím, že ne. Nikoli proto, že by to tady nebylo dobré, ale kvůli tomu, že bych se o tom nikdy nedozvěděl. Jediný důvod, proč jsem zjistil, že tady v Brně existuje takové skvělé zázemí, je ten, že jsme sem jezdili za manželčinou rodinou. Manželka je taky vědkyně. Spolupracovali jsme už na projektu v Rakousku a pak i Švédsku. Zároveň ale nechci, aby to vyznělo, že jsem se přestěhoval do Brna kvůli tomu, že je manželka Češka. Tak to není. Nás oba tu při návštěvě v březnu 2020 zasáhl lockdown proti šíření pandemie. Mohl jsem jakožto Polák maximálně zpátky do Polska.
Tak jste se opět přizpůsobil situaci. Působíte jako mistr adaptace. Nestěžujete si, naopak hledáte cesty. Vnímáte to tak?
My jsme vždycky plánovali, že se nakonec vrátíme buď do Česka, nebo Polska. Covid to jen urychlil. Cest bylo možných několik. Počkat, až se rozvolní situace a odjet zpátky do Švédska. Taky jsem měl možnost prací v Rakousku a Německu. Současně jsem se ale dozvěděl o CEITEC a dostal jsem nabídku financovanou městem Brnem, abych založil juniorskou skupinu. V té době jsem se taky dozvěděl, že jsem získal ERC grant. A to všechno změnilo. Oba jsme se rozhodli, že CEITEC je nejlepší volba. A za tím si pořád stojíme. Podmínky pro vědu jsou tady skvělé. K tomu se asi ještě dostaneme.
Určitě. Máte na CEITEC VUT vše, co k výzkumu potřebujete, abyste byli konkurenceschopní na mezinárodní scéně?
Ano, bez debat. My vlastně děláme výzkum na zařízeních, která tady vyrábíme. K tomu je klíčový CEITEC Nano. Když jsem se poprvé díval na stránky CEITEC, tak právě tohle mě zaujalo. Čisté prostory, CEITEC Nano a špičkové přístroje a možnosti. Je to daleko lepší zázemí, než jsem měl třeba ve Švédsku. Pracujeme tady na mnohem vyšší úrovni. Čili to klíčové tady máme – výrobu a testování zařízení. Ovšem pokusná zvířata, to na VUT neexistuje a ani existovat nebude. Chybí infrastruktura, etická komise... Velkou výhodou Brna ale je, že těch institucí, které to umožňují, tady je spousta. Nemusíme nikam jezdit, ani do Prahy. Na to jsem nebyl zvyklý, vždycky jsem musel trávit hodiny na cestách. Teď mám vše, co potřebuji, v jednom městě. Možnosti jsou nevyčerpatelné.
Jakým výzkumům se v současnosti věnujete?
V naší výzkumné skupině se zaměřujeme na tři hlavní proudy. Na prvním pracuji už od Rakouska, to jsou ty světločivé stimulátory. Jedná se buď o celá zařízení, nebo jen částice, které jsou poháněné červeným světlem a schopné stimulovat nervovou soustavu, zejména bloudivý nerv nacházející se v krku. Teď jsme ve fázi výzkumu na pokusných zvířatech – hlodavcích a chystáme se na prasata. Hlavním záměrem je léčba Crohnovy nemoci a podobných zánětlivých autoimunitních onemocnění, u nichž elektrická stimulace bloudivého nervu může významně snížit patogenní autoimunitní příznaky. Pomocí světla bychom chtěli docílit mnohem jednodušší a méně invazivní terapie.
A ty další oblasti?
Druhá spočívá v používání stejnosměrného proudu na to, abychom v těle vyvolali fyziologické změny. Tento výzkum vznikl trochu náhodou, když jsme zkoumali nežádoucí účinky neurostimulátorů v těle. Chtěli jsme zjistit, jestli se nedají využít tak, aby byly prospěšné. Konkrétně mám na mysli jev redukce kyslíku, který vzniká, jak jsem zjistil, v oblasti elektrod. Produktem redukce kyslíku je peroxid vodíku, což je v podstatě dezinfekce.
O tom je Váš nový projekt Faradayův skalpel, který financuje GAČR?
Je to s tím spojené. Projekt je o tzv. elektrochirurgii. Chceme použít stejnosměrný proud, aby dělal precizní mikrochirurgii – aby odstranil problematické oblasti mozku. A nejen mozku, ale i periferních nervů. Už v dnešní době se proud používá, ale funguje na tom principu, že se zavádějí elektrody, nebo na skalpelu jsou elektrody, a celý jev – odstraňování tkáně, probíhá tepelnou cestou. Tkáň se v podstatě odpálí, čímž ale vzniká díra – nejsou tam cévy ani jiné podpůrné buňky, které by oblast mohly regenerovat. My chceme použít daleko nižší proud a chceme ho použít cíleně, aby poškodil jen neuronové buňky, které jsou důvodem problému. K tomu plánujeme využít i zmíněný peroxid vodíku.
Co by se tímto způsobem dalo léčit?
Epilepsie a chronické bolesti, které souvisejí s periferními nervy. To teď intenzivně zkoumáme. Musím se přiznat, že jsme trochu netrpěliví vědci. I když nemáme podmínky k tomu, abychom mohli dělat pokusy na zvířatech, tak přeci jen nějaké pokusy v našich laboratořích děláme. Naše netrpělivost nás přivedla k pijavicím. Objednáváme je ve velkém, protože nevyžadují žádné etické schválení a jsou levné. V podstatě nemají žádná práva (smích) a jsou vděčným výzkumným modelem. Zkoumáme na nich neurální rozhraní. A teď se chceme přesunout na kobylky, které taky nemají žádná práva. Mají stejné nervy jako my a u nich bude zajímavé snímat pohyb. Jejich kosterní svalovina je totožná s tou naší.
Jaké jsou výsledky testování na pijavicích?
Velice slibné. Díky pijavicím se nám jednoznačně potvrdilo, že náš Faradayův skalpel funguje. Jsme schopni během pěti minut poškodit proudem nervovou tkáň tak, aby se přenos signálu zastavil. Příští měsíc budeme dělat podobné experimenty na myších. Díky testům na pijavicích máme už nějaké vstupní parametry, takže by to mělo být s hlodavci o to lehčí a rychlejší. Jsem přesvědčený, že ušetříme čas i jejich životy.
Zbývá nám poslední ze tří směrů Vašeho výzkumu. Kudy vede?
Ten došel zatím nejdál. Jedná se o nový klinický výzkum, který aplikujeme na pacientech a dobrovolnících. Mluvíme o tzv. interferenční stimulaci. Existuje ve světě velmi málo skupin, které se tomu v současnosti věnují. My jsme jedni z prvních, kteří tento průkopnický obor dělají. A rozjíždí se u nás opravdu rychle. Troufám si říct, že minimálně v Evropě jsme ze všech nejdál. Spolupracujeme na tom s neurology z nemocnice u sv. Anny.
Na jakém principu funguje interferenční stimulace?
Navazuje to na už běžné neinvazivní elektrické stimulace – nalepovací elektrody. Používají se ke stimulaci nervů nebo svalů. Jelikož je ale proud poháněný skrz pokožku, je bohužel možné cílit pouze na nervy, které se nachází v blízkosti pokožky. Pokud je cíl hlouběji, třeba mozek, pak to nefunguje. To řeší průlom v podobě interference. Víme, že když použijeme třeba 4 nebo 6, 8 elektrod a místo jedné rovnou dvě frekvence, které se budou od sebe lišit, byť jen o 5 Hz – třeba 10 000 Hz a 10 005 Hz, pak vznikají interference. Vlny interagují tak, že se vzájemně posilují a tlumí. Těch 5 Hz je tzv. stimulační frekvence. Na tyto nízké frekvence, na rozdíl od těch vysokých, buňky v těle reagují. Když správně nalepíme na kůži sérii elektrod, můžeme zacílit na jakýkoli bod v těle hluboko pod pokožkou – třeba na střed mozku.
Tento postup je známý teprve 7 let, jak to, že už se může používat klinicky?
Protože využíváme stávající schválené technologie – stimulátory, které existují na klinikách. Jen elektrod používáme víc a na vysokých neobvyklých frekvencích. Z technologického hlediska je to malá změna, a proto je tak jednoduché dostat schválení. Díky tomu můžeme ve výzkumu postupovat hodně rychle.
Co na pacientech tímto způsobem stimulujete?
Máme celkem dost výzkumů, o které je velký komerční zájem. Třeba tím zkoušíme léčit spánkovou apnoi, při níž jazyk zapadá do krku a pacient se na pár vteřin dusí. Vzbudí se a jazyk se jakoby resetuje. Jedná se v podstatě o chrápání, které je ale pro řadu pacientů opravdu vážnou nemocí, protože se v noci nevyspí. Spánkový cyklus se vzbuzením přerušuje, a k potřebnému REM spánku se tak pacient nedostane. V současné době se to řeší přetlakovou maskou. Drtivá většina pacientů ji ale vyhazuje.
A s elektrodami na kůži by spali líp a pohodlněji?
Všichni pacienti uvedli, že je to rozhodně lepší než maska. Funguje to tak, že jsou elektrody nalepené pod bradou, kde pravidelně stimulují podjazykové nervy. Když jsou drážděny, jazyk se trochu zvedne, a tak nemůže zapadnout. Už jsme to vyzkoušeli v jedné spánkové laboratoři na skupině dvanácti pacientů. A výsledky byly ohromující.
To znamená?
U všech pacientů to elektrofyziologicky fungovalo. Vyspali se. Máme ale jeden zásadní problém. Funguje to bezvadně jen na ženách. Na mužích je účinnost mnohem nižší. Což není ideální, protože většina pacientů, jsou muži.
Čím si to vysvětlujete?
To nedovedu říct, protože nevíme. Je známá věc, že dráždivost periferních nervů se liší mezi pohlavími. Bohužel je to ale neprozkoumaná oblast. Někdo by se toho mohl ujmout. Na mě to ale třeba fungovalo, asi jsem více dráždivý (smích). My jsme to totiž před zkouškou na pacientech vyzkoušeli sami na sobě.
Jaký bude další krok ve výzkumu?
Teď vyrábíme 50 krabic miniaturizovaných stimulátorů, aby si je mohli vzít pacienti domů. Přeci jen jsou ve spánkové laboratoři nepřirozené podmínky. Tato fáze bude trvat měsíc a pak budeme vyhodnocovat výsledky.
Při posledním rozhovoru jste mi říkal, že se snažíte odstranit z vína látky, které způsobují bolehlav. Vypadá to slibně?
Souběžně děláme i na tom, i když tím trochu odbíháme od hlavního medicínského zaměření našeho výzkumu. Jedná se o postup elektrochemické úpravy bílého vína. Nakonec je to složitější, než se původně zdálo. Ale zrovna jsem si říkal, že bych se tomu měl intenzivně začít věnovat, protože by se jednalo o velmi inovativní postup, který má i praktický význam, obzvlášť tady na jižní Moravě.
Zdroj: CEITEC
