Tisk senzorů, které odhalí nemoci, už není sci-fi scénářem

Autorky: Tereza Hubáčková, Ema Němečková

Nanomateriálový chemik Martin-Alex Nalepa pracuje ve výzkumném institutu Univerzity Palackého CATRIN (Czech Advanced Technology and Research Institute). Věnuje se zejména výzkumu nanomateriálů a jejich následnému využití, zejména v podobě diagnostických senzorů. Vysvětluje, proč jsou senzory, které designuje, důležité a jak by mohly ovlivnit budoucí svět zdravotnictví.

„Je velmi důležité věnovat se tomu, co vás v životě nejvíce baví a zajímá,“ říká doktorand Martin. Magisterské studium nanomateriálové chemie absolvoval na Univerzitě Palackého v Olomouci. Přihláška na tento obor byla jedinou, kterou na vysokou školu podal. Ve studiu pokračuje jako doktorand na Univerzitě Karlově v Praze. Už teď je ale součástí velmi prestižního výzkumu v CATRIN. Věnuje se designu a tisku senzorů, které dokáží indikovat přítomnost různých látek v krvi, ale mohou být užitečné například i při sledování znečištění vod nebo monitorování zdraví rostlin.

Jak byste jednoduše popsal, čím se zabýváte?

Popsal bych to tak, že kombinuji dvě věci – tisk a výrobu senzorů. Tisk je oproti jiným metodám výroby senzorů atraktivní záležitost. Snažíme se vymyslet způsob, jak senzory udělat dostupné široké veřejnosti. Designuji senzory na různé látky, například indikátory onemocnění, látky, co znečišťují přírodu a podobně. Senzor má schopnost tu látku rozeznat. Představme si to na příkladu senzorů, které se využívají v glukometrech pro měření hladiny cukru v krvi. To zná nejspíše každý. Do glukometru se zasune proužek, na který se kápne kapka krve, a na glukometru vidíme hladinu cukru v krvi. Na obdobném principu fungují také senzory, které já vytvářím v laboratoři, až na to, že nedetekuji cukr z krve, ale například pesticid z vody.

Většina z nás si asi představí tisk senzorů podobně jako tisk na 3D tiskárně. Materiál v tiskárně na senzory se ale určitě liší, jak byste ten materiál popsal?

My se do výroby senzorů snažíme zakomponovat hlavně materiály, které si sami vyrobíme. Využíváme zejména nanomateriály. Na těch je založen celý náš  výzkum. Nanomateriály se od typických materiálů liší tím, že jsou velmi malé. Nanometr je tisíckrát menší než lidský vlas. Což znamená, že nanomateriál jako takový si sice můžeme představit jako prášek ve zkumavce, ale jednotlivé částice okem neuvidíme.

Senzory, které vyrábíte, se využívají v medicíně, ale jak to funguje v praxi? Můžeme aplikovat senzor při prevenci nebo spíše léčbě onemocnění?

Obě varianty jsou možné. My v CATRIN se aktuálně zaměřujeme spíše na cílené senzory, které by fungovaly pro brzkou diagnostiku. V realitě to znamená, že člověk by stejně musel na standardizované testy do nemocnice, ale ty můžou trvat několik dní. Přesně pro takové situace se snažíme senzory přizpůsobit – tak abychom měli odpověď co nejrychleji s co největší spolehlivostí. To by pro člověka bylo vykřičníkem ve smyslu „toto jsi zjistil, zajdi si co nejrychleji na test do nemocnice, který ti diagnózu potvrdí nebo vyvrátí.“

A na jaké nemoci a látky se soustředíte?

Především na malé biomolekuly, které se nachází v tělních tekutinách. Samozřejmě vždy to musí být něco, o čem si myslíme, že bude atraktivní pro společnost. Já teď budu publikovat článek o detekci dopaminu, který je důležitou látkou v těle. Když ho máme nedostatek, může se projevit například neurologické onemocnění. Můj kolega teď bude také například publikovat výzkum o analýze specifických protilátek v těle, které indikují začínající onemocnění. To jsou zrovna teď ta nejvíc komerčně žádaná odvětví.

Kde já jako pacient senzor získám, když mám například podezření na nemoc?

Každý výzkum má nějaké fáze a různou míru aplikovatelnosti do praxe. My pracujeme na prvních fázích výzkumu, kdy vymyslíme mechanismus a nastíníme koncepci toho, jak bude konečný výstup fungovat v praxi. Ještě ale nejsme ve fázi, kdy bychom mohli senzory distribuovat mezi lidi. Dlouhodobě k tomu samozřejmě směřujeme. Pro převod našich poznatků do finálního produktu slouží jiné specifické projekty, které se zaměřují na přenos výsledků výzkumu do praxe. Bohužel naše senzory zatím koupit nelze, ale je to pro nás obrovská motivace. Chceme aby to tak jednoho dne bylo.

A za jak dlouho si myslíte, že to bude možné?

To nedokážu úplně říct. Řádově to ale určitě nejsou jednotky let, přeci jenom jakmile děláme něco, co se týče zdravotnictví, je celý schvalovací a testovací proces finálního produktu velmi dlouhý. Pro koncového zákazníka je to ještě daleko, ale pokud bychom spolupracovali s většími zdravotnickými zařízeními, která dělají standardizované testy už teď, dostali bychom se na jednotky let. Pro koncové zákazníky je to ale běh na dlouhou trať. Musíme pořád brát v potaz, že se snažíme dostat na zavedený trh, který je obsazený již etablovanými velkými hráči.

Srovnával jste vaše senzory s proužky v glukometru, proč tuto existující technologii prostě nemůžete zkopírovat?

Takové otázky jsou pro mě vždycky největší výzvou – zrovna tahle se přirozeně nabízí. Ta otázka je vlastně hrozně jednoduchá, ale jak ji vysvětlit bez vědeckých detailů? (směje se) Proužek v glukometru funguje na tom principu, že na něj kápnu kapku krve a já následně na obrazovce vidím hladinu glukózy v krvi. Proužky do glukometru fungují díky specifickému enzymu, který obsahují. To znamená, že jakmile se na proužku objeví kapka krve, která obsahuje glukózu, začne ji ten enzym rozkládat a přístroj registruje elektrochemickou odezvu produktu rozkladu. Glukóza je látka, pro kterou naštěstí takový „rozkladný“ enzym existuje. Ne pro každou látku, kterou ale chceme měřit, takové enzymy jsou. Některé látky se touto cestou prostě rozložit nedají, a tak k nim musíme přistupovat nějak jinak. A to je to, co se snažíme vymyslet.

Jaká je pro vás práce na tak prestižních projektech, jako jsou ty v CATRIN? Představuje to pro vás i nějaký tlak?

Já jsem v tomto prostředí vědecky vyrostl, takže nemám srovnání. Ani na fakultě jsem se nezapojoval do výzkumu, protože od začátku mám vedoucího z CATRIN, takže jsem dělal výzkum tam. Ale tlak je to samozřejmě i tak. Například když vědci žádají o projekt, tak předem vyplňují, jaké očekávají výstupy a co vše bude na projekt potřeba. Člověk se k tomu může postavit různě – může si „zapřehánět“ a mít tak větší šanci, že projekt získá, ale o to bude větší problém, když nakonec nedokáže to, co slíbil. Lepší varianta je projekt postavit na dosažitelné realitě. Určitý tlak to tedy je, k vědě musíme přistupovat zodpovědně a uvědomovat si své schopnosti.

Máte něco, co byste chtěl vzkázat studentům, kteří by také chtěli studovat chemii nebo obecně vědu, ale bojí se, že už bylo všechno objeveno?

K tomu bych chtěl říct dvě věci…první pro všechny studenty, nejen chemie nebo vědy, ale pro všechny. Nemusíte jít automaticky vždycky na vysokou školu, abyste se v životě věnovali tomu, co vás zajímá a baví, ale pokud se rozhodnete na vysokou jít, měli byste studovat něco, k čemu máte vztah nebo o čem víte, že vás baví. Určitě nechci podporovat lidi v tom, aby studovali vědu jen proto, že si myslí, že je to „in“. Pokud vás chemie baví na střední – super, běžte ji studovat, pokud vás nebaví na střední, je velmi malá šance, že vás začne bavit na vysoké.

Druhá věc, kterou k tomu mám, je trochu klišé, ale je to pravda. Vím, že některé od studia vědy odrazuje přesně ta představa, jak říkáte, že už bylo všechno objeveno. Podívejte se na začátek 20. století, lidé z učené společnosti si už tehdy mysleli, že bylo všechno důležité objeveno a že se už nic dalšího objevovat nemusí, protože to důležité už máme. V té době vzniklo hodně věcí, například dieselové motory, elektřina byla zavedena do měst, bylo zkonstruováno první letadlo, první balon a podle některých už to bylo všechno, co bude kdy potřeba. A představme si, co všechno lidé objevili a zkonstruovali od začátku dvacátého století do teď.

Myslím si, že lidstvo musí vždycky trochu brzdit svoje ego a uvědomit si, že je pořád co objevovat. Některé věci, které teď považujeme za samozřejmé, třeba zrovna v našem oboru nanomateriálů, před pěti nebo deseti lety vůbec neexistovaly. Podívejme se také na umělou inteligenci, jak vypadá a funguje teď a jak vypadala před rokem. Spousta věcí čeká na objevení, stačí mít trochu fantazie a můžete vymyslet cokoliv.