Nepříznivý poměr mezi čekateli na transplantaci ledviny a dostupnými orgány od vhodných dárců chtějí snížit vědci v americkém Bostonu. Do výzkumu umělé ledviny, jejímž základem je nanovlákenná membrána, se zapojili i dva studenti doktorského studia Technické univerzity v Liberci Markéta Klíčová a Jakub Erben z katedry netkaných textilií a nanovlákenných materiálů Fakulty textilní. Oba doktorandi se specializují na tkáňové inženýrství a začátkem ledna odletěli na půlroční výzkumnou stáž na Wyssově institutu při Harvardově univerzitě, kde se zapojili do vývoje umělé ledviny, založené na systému takzvaných „origami organs“. Ledvina patří celosvětově k nejčastěji transplantovaným orgánům, jen v České republice loni transplantovali lékaři pacientům 508 ledvin, z nichž 45 pocházelo od žijících dárců. Ameriku zaujali studenti svými výsledky Studenty si ke spolupráci vybral profesor Donald E. Ingber, který je spoluzakladatelem a prvním ředitelem Wyssova institutu při Harvardově univerzitě a vede vývojový multidisciplinární tým „origami ledviny“, ve kterém spolupracují vědci přírodovědných i technických oborů s designéry. Patří mezi úzkou skupinu nejcitovanějších vědců světa. Oba doktorandy si profesor Ingber vybral mimo jiné proto, že už mají bohaté zkušenosti s využitím nanovláken v tkáňovém inženýrství. „Markéta Klíčová vyvíjí dvouvrstvé nanovlákenné náplasti, které by chirurgové mohli aplikovat při operacích tlustého střeva. Testy na prasatech už prokázaly, že tato náplast účinně redukuje unikání obsah střev do dutiny břišní. Markéta už vzbudila pozornost ve světě, když v roce 2018 s nanonáplastí uspěla v mezinárodní soutěži průlomových nápadů Falling Walls Lab v Berlíně a přivezla do Liberce Cenu publika. O měsíc později vyhrála se svým výzkumem také Cenu euroregionu. A na tomto vývoji Markéta samozřejmě stále pracuje. Jakub Erben spolupracoval například s vědci Sloanova centra pro výzkum rakoviny v USA na vývoji umělého brzlíku. Pod vedením vedoucího katedry Jiřího Chvojky dodává tomuto newyorskému pracovišti, které patří mezi tři nejvýznamnější světová centra v oblasti léčby rakoviny, unikátní tkáňové bionosiče (scaffoldy) z biodegradabilního polymeru, na kterých američtí vědci pěstují kmenové buňky do podoby funkčního organoidu. Takto v laboratoři (in vitro) vytvořený organoid je zjednodušenou verzí původního lidského brzlíku, s podobnou mikroanatomií a stejnou funkcí. Za vývoj nosičů pro umělý brzlík mu byla udělena světová Cena Théophila Legranda v Paříži,“ informoval mluvčí Technické univerzity v Liberci Radek Pirkl. Jak se dostat do Bostonu ? Nebát se a věřit si Člověk si má věřit a nebát se, tvrdí svorně oba mladí kolegové. A tak si vytipovali vybrané, světově uznávané laboratoře, kde by chtěli absolvovat odbornou praxi, a proaktivně je sami kontaktovali. Sepsali průvodní dopisy, přiložili životopisy, reference a dlouho na reakci nečekali. Už za pár desítek minut se ozval profesor Ingber, který se na Wyss Institute for Biological Inspired Engineering zabývá dlouhodobě vývojem inovativních technologií pro využití v medicíně i v dalších oblastech. „Týmy institutu hledají inspiraci především v přírodě. Na konci snažení by měl být umělý orgán, který se dokáže chovat jako ten, který v těle nemocného člověka přestal sloužit,“ říká Markéta Klíčová. To není podle ní žádná vize ze světa sci-fi, ale reálný výzkum, na kterém se s nadšením a optimismem podílejí oba liberečtí doktorandi. „Vývojem umělé ‚origami‘ ledviny by se mnohonásobně zvýšila dostupnost orgánu. Nemocní lidé by už nemuseli čekat na vhodného dárce. To je přece velká výzva,“ doplňuje ji Jakub Erben. Prvn í Češi na prestižn ím institutu se znalostmi v oblasti biodegradabiln ích materi álů Liberečtí doktorandi působí na prestižním americkém institutu jako vůbec první Češi, a jak z Bostonu píše Markéta Klíčová, procházejí nyní fází školení, protože musí být proškoleni na všechny přístroje a metody, se kterými budou pracovat. Jedná se například o práci v tkáňové laboratoři, práci na mikroskopech či výrobu „organs on chip“. „To je v podstatě malý čip, na kterém lze reálně simulovat fyziologii lidského orgánu, a lze tak zkoumat jeho reakci na vnější stimulaci v prostředí in vitro. Jedná se o pokročilé komplexní testování, daleko reálnější než testování ve statických podmínkách s cílem plně nahradit testování na zvířatech při vývoji nových léčiv. To znamená i urychlit vývoj léčiv, protože in vivo testování je nesmírně finančně i časově náročné a existuje kolem něj řada oprávněných etických otázek. V této oblasti už dosáhl významných výsledků právě náš vedoucí stáže, profesor Donald E. Ingber. Je to velká kapacita, a přesto se s námi – začátečníky – baví jako s rovnocennými kolegy. Myslím, že tohle je jeden ze způsobů, jak českou vědu a možná českou společnost obecně zbavit pocitu méněcennosti a přispět k tomu, abychom našli důvěru ve své schopnosti,“ zdůrazňuje Markéta Klíčová. Česká věda – hlavně obory zaměřené na nanotechnologii – má podle ní ve světě dobrý zvuk. Přínosem libereckých studentů pro tento světový výzkum je bezesporu jejich dobrá znalost v oblasti biodegradabilních, zejména nanovlákenných materiálů pro tkáňové inženýrství. „Taková vlákna mohou nahradit nerozložitelné plasty, které jsou dosud používány, a přitom lze těžit z výhod nanovláken, jakými jsou například velký měrný povrch, porózita a další. Vlákenné materiály, které jsme přivezli s sebou, byly vyrobeny na TUL na zařízení Nanospider a budeme s nimi dále pracovat i tady v Bostonu,“ doplňuje Jakub Erben. Konstatuje, že díky svým vlastnostem nanovlákna perfektně simulují lidskou mezibuněčnou hmotu, a proto buňky tak ochotně obrůstají nanovlákenné nosiče – scaffoldy. Na konci procesu by pak měly vytvářet žádoucí funkční útvary – v tomto případě ledvinu. „Nanovlákna mají díky své jemnosti velký specifický měrný povrch a skládáním do tvaru origami se tato plocha ještě zvýší. Funkční povrch, který je v tom objemu obsažen, má několik metrů čtverečních a ta velká plocha dobře funguje jako membrána,“ přibližuje výzkum Jakub Erben. Když se řekne origami… …většina lidí si pod tímto pojmem představí originální japonské umění, kdy skládáním papíru vznikají květiny, zvířata nebo různé geometrické tvary. Techniku origami ale využívají vědci právě při vývoji umělé ledviny, když nanovlákna skládají do tvaru origami. Nejprve se z nanovlákenných membrán vytvoří základní matrice o velké ploše, poté se po vzoru tradiční japonské techniky poskládá do co možná nejmenšího objemu. Proto ji ve Wyssově institutu nazývají „origami orgán“. „Tak bude mít umělá ledvina dostatečně velkou aktivní buněčnou plochu schopnou účinně filtrovat nečistoty, přitom se však složí do malého kompaktního tvaru. Velmi jemná struktura skládaných nanomembrán by měla v ideálním případě prorůst ledvinovými buňkami. Pak bude origami orgán plnit stejnou funkci jako klasická ledvina – filtrovat z krevního oběhu člověka nečistoty a škodlivé látky a odvádět je jako moč,“ vysvětluje Jakub Erben. Zdůrazňuje, že matrice, která zprvu slouží jako „lešení“ pro růst ledvinových buněk, je z biodegradabilního materiálu, který se po čase dokáže působením enzymů v lidském těle rozložit a vstřebat. V těle pak zůstanou jen buňky obklopené mezibuněčnou hmotou – kompletní ledvina. Děkanka fakulty textilní: mají šanci zapsat se do historie a proslavit českou vědu Výzkum nanovláken pro využití v medicíně už funguje ve světě i v České republice. Bez nadsázky lze říci, že liberecká univerzita hraje v tomto výzkumu velmi významnou roli. Právě na liberecké fakultě textilní vyvinul před šestnácti lety vědecký tým profesora Oldřicha Jirsáka metodu umožňující průmyslovou výrobu nanovlákenné textilie – elektrospinning – a ve spolupráci odborníků z fakulty s libereckou firmou Elmarco byl vyroben první stroj na výrobu nanovláken, který je prakticky po celém světě znám pod názvem Nanospider. „Díky tomuto revolučnímu objevu pronikají nanovlákna do řady odvětví. Na naší univerzitě vyvíjejí vědci například kloubní náhrady s pomocí nanovlákenných mřížek, jež tvoří nosiče – scaffoldy, které postupně ‚obalí‘ tkáňové buňky. Na podobném principu by měla fungovat i umělá ledvina. Naši doktorandi se ve svém výzkumu zaměřují hlavně na tvorbu té nanovlákenné části, kdy se zvlákňování provádí pomocí právě u nás objevené metody – elektrospinningu. Mají v tomto směru velmi dobré znalosti i praktické zkušenosti. V Bostonu si je vybrali proto, aby vyladili vlastnosti tohoto materiálu, našli optimální strukturu (jemnost) nanovlákenného materiálu pro tyto účely a aby tam prováděli testování na ledvinových buňkách – podocytech. Jsem přesvědčena, že do výzkumu vnesou velmi kvalitní know-how a že jsme za oceán poslali plnohodnotné vědecké pracovníky, i když zatím bez doktorského titulu,“ říká děkanka fakulty textilní Jana Drašarová. Oceňuje, že se oba mladí vědci ke stáži v prestižním institutu při Harvardově univerzitě dopracovali sami svou pílí a odhodláním. „Jsme na ně hrdi. Mají šanci zapsat se do historie, proslavit naši fakultu a českou vědu obecně. Zaslouží si, abychom je podpořili,“ konstatuje děkanka Drašarová s tím, že cestu a pobyt v Bostonu uhradí mladým doktorandům domovská fakulta a že fakulta do budoucna počítá, že po návratu a obhájení disertační práce Markéta s Jakubem posílí vědecké týmy fakulty textilní. Jaroslava Kočárková
