Oficiální časopis Akademie věd ČR

 


Z monitoringu tisku

 

Akademický bulletin 2010–2015

Plakat_obalky_web.jpg



Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Abicko  > archiv  > 2000  > duben  > obsah

Biosenzory budou jednou nezastupitelné

Poslední konference amerických fyziků byla zakončena prohlášením, že končí století fyziky a nastává století biologie. Tento trend je nepřehlédnutelný i v medicíně. Každý jistě někdy okusil efektivních metod například medicínské fyziky - setkal se s tomografem, ultrazvukem, nukleární rezonancí, laserem nebo alespoň s rentgenem. Tyto vymoženosti zůstávají dál v arzenálu moderní diagnostiky a terapie, ale nové metody operující na molekulární úrovni mohou v lékařské diagnostice a v monitorování biochemie organismu výrazně zefektivnit a zjednudušit některé důležité úkony. Biosenzory, které jsou výsledkem aplikovaného výzkumu fyzikálního a biologického, mají navíc využití v potravinářství a v ekologii.

Čtyřčlenný tým biofyzika RNDr. Eduarda Bryndy, CSc., z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR v Praze se už čtvrtý rok zabývá vývojem povrchu velice citlivých biosenzorů. Senzory, jinak též snímače nebo čidla, se používají ovšem už dlouho a v nejrůznějších oborech. Například v průmyslových provozech se jimi měří a monitoruje teplota, tlak, využívají se při ostraze objektů, známé jsou například protipožární kouřové senzory nebo další, které varují při zamoření nebezpečnými plyny, fyzikální senzory hrají roli při simulacích ve virtuální realitě. Posledním hitem jsou biosenzory, na jejichž vzniku se podílela fyzika i biologie. "Většina procesů se odehrává na molekulární úrovni, a to je právě pole pro využití biosenzorů, které jsou schopny zaznamenávat biochemické signály," říká Dr. Brynda.

Krev bylo nutno "oklamat"

Tým dr. Bryndy vyvinul už před deseti lety ochrannou vrstvu určenou na pokrytí povrchu lékařských materiálů a implantátů. Krev totiž rozpozná každý povrch, který není povrchem cévy, a má pak tendenci se na něm srážet a vyvolávat imunologickou reakci. "Snažili jsme se tedy udělat takový povrch, aby ho krev "neviděla"," vysvětluje Dr. Brynda. "Jde například o umělá srdce či mimotělní okruhy, oxyginátory nahrazující činnost plic při chirurgických zákrocích atd. Normálně se riziko srážení krve snižuje tak, že lékaři pacientovu krev obohatí o větší dávky látek zabraňujících srážení krve, ale bývá to riskantní metoda, protože zvyšuje riziko vnitřního krvácení."

Tato metoda měla přirozené pokračování ve vývoji biosenzorů. I při něm jde o pokrývání povrchu - tentokrát fyzikálních senzorů jako je například optické vlákno - biologickými makromolekulami, které se ve výsledku chovají velmi užitečně. Na fyzikální senzor se "nachytají" a připevní biologicky aktivní molekuly, které reagují na specifické látky z biologického prostředí, a reakce těchto molekul ovlivní fyzikální signál, jenž informuje o přítomnosti vyhledávané látky. O způsobu fungování vylepšovaných biosenzorů Dr. Brynda říká: "Jestliže na fyzikální čidlo připevníme protilátku, získáme tím imunosenzor, který je schopný zjistit právě ty látky, proti nimž byla protilátka vytvořena, například proti hepatitidě nebo AIDS. Jednou z nejlepších ochran jsou molekuly sérového albuminu, to je bílkovina, jíž jsou v krvi 4 %. Interakcí s povrchem se její molekuly sice zdeformují a ztratí částečně své přirozené vlastnosti, ale tento jev se dá snadno vyvážit tím, že na ně "položíme" ještě další vrstvu, která si své biologické vlastnosti už ponechává. Většina těchto imunosenzorů je založena na afinitě mezi biologickými molekulami, zvláště těch, které jsou schopné přivázat si k sobě "partnera". Nejtypičtějším případem jsou právě imunoglobuliny neboli protilátky."

Ty se průběžně tvoří v organismu v reakci na všechno cizorodé. Takových ohrožujících faktorů je velké množství - cizí biologické molekuly, viry, bakterie nebo paraziti. Proti těmto nepřátelským činitelům je organismus schopný vyrábět protilátky. Problémem je zjišťování malých molekul, kterými jsou třeba pesticidy nebo některá léčiva. "My se tomu snažíme pomoci tak, že receptorů nasadíme hodně, ve více vrstvách a tím zvedneme jejich citlivost," vysvětluje Dr. Brynda. "Hlavně jsme zvýšili schopnost senzoru být pro krev neviditelný. Vrstvami albuminu na povrchu potlačíme nežádoucí reakce. Velké molekuly zodpovědné za reakci krve na cizí látku albuminem neprojdou, zatímco malé molekuly ano, takže senzor může detekovat i malé molekuly, například různých toxinů. Konečným výsledkem výzkumu by mohla být lepší a rychlejší diagnostika chorob, od níž se dá očekávat velký zlom v medicíně. Celkem jednoduchým způsobem bychom získali daleko víc informací například o situaci v krvi, a ty by se vlastně okamžitě objevily na obrazovce počítače. Nejde jen o zjišťování chorob, jde o získání obrazu biochemie organismu. Senzor může zjistit například náchylnost k infarktu, čemuž předchází výskyt specifických molekul v krvi. Fakt, že půjde v těle něco monitorovat, má význam i pro porozumění mechanismům v těle."

Tým Dr. Bryndy se momentálně zabývá varovným systémem, který by se optickým nebo zvukovým signálem "ozval", pokud by objevil virus hepatitidy v prostředí, kde se pracuje s krevními deriváty. Bohužel, na komerční využití biosenzorů si ještě počkáme. Firmy dnes do lékařského výzkumu nerady investují, protože návratnost investic je dlouhodobá a například zavedení biosenzorů do lékařské praxe by stálo kolem milionu dolarů. Je také nutné vzít v úvahu do jisté míry přirozený konzervatismus lékařů, kteří rádi setrvávají při "naučených" osvědčených metodách, i když jsou třeba méně efektivní a spolehlivé. Naštěstí je tu zájem potravinářského průmyslu a ekologie. Metoda citlivých biosenzorů bude velmi užitečná hlavně při monitorování prostředí, v němž je sice málo složitých molekul, ale více druhů. Takovým prostředím je znečištěná voda, potraviny, půda a krev. Biosenzory jednou poslouží i kontrolorům, ale budou mít především velký význam při sledování biochemických procesů v potravinářství nebo jako součást varovných systémů. Budou to neúnavní hlídači, kteří budou stále monitorovat poměry ve sledovaném prostředí.

Věra Nosková