Pochopení onkologických onemocnění na molekulární a buněčné úrovni představuje významnou výzvu s přímými důsledky pro vývoj nových léků nebo nových diagnostických a terapeutických nástrojů. Plazmonické afinitní biosenzory představují významnou technologii pro detekci biomolekul a zkoumání jejich interakcí. Proti tradičním metodám tyto nové optické platformy umožňují rychlou a extrémně citlivou analýzu vzorků s minimální přípravou. Jejich využití v onkologickém výzkumu přibližuje Markéta Bocková z výzkumné skupiny Optické biosenzory na Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, která je součástí NÚVR.
-
Co přivedlo studentku přírodních věd k tak technické a technologické problematice, jako jsou optické biosenzory a jejich využití v medicíně?
K optickým biosenzorům jsem se dostala v rámci diplomové práce a moc se mi líbilo, co všechno lze jejich pomocí zkoumat. Jako absolvent programu Biochemie mám k medicinálním aplikacím blízko a spojení optických biosenzorů s lékařskou diagnostikou byla jasná volba. Věnuji se ale výzkumu optických biosenzorů jako takových, ne jen jejich využití v medicíně. Konkrétně se zabývám optickými biosenzory na bázi povrchových plazmonů.
-
Ve svém mottu vaše výzkumná skupina označuje optické biosenzory jako budoucnost medicinální diagnostiky. Jaká tedy ta budoucnost bude?
Budoucnost biosenzorů vidíme v personalizované medicíně, to znamená v možnosti diagnostiky či následné léčby šité pacientovi „na míru“. Díky unikátní citlivosti našich biosenzorů jsme schopni detekovat biomarkery nemocí v klinických vzorcích ve fyziologicky relevantních koncentracích. Zkoumáme také vzájemné vztahy mezi biomolekulami a věnujeme se pochopení těchto interakcí a jejich rolí při vzniku nebo vývoji nemocí.
-
Obejdou se plazmonické biosenzory bez nutnosti značení biomolekul, tedy umožňují je „vidět přímo“?
Ano, to je jedna z jejich největších předností. V plazmonických biosenzorech je typicky jedna z interagujících molekul ukotvena na povrchu biosenzoru (receptor), druhá molekula (analyt) je přiváděna v roztoku. Záchyt analytu na povrchu biosenzoru vede ke změně optické hustoty, kterou umíme velmi dobře meřit. Proto není potřeba, aby analyt (tzn. detekovaná látka) měl jakékoli speciální vlastnosti nebo byl nějakým způsobem značený (např. fluorescenčně, izotopově).
-
Kde najdou optické biosenzory největší uplatnění – je to např. v hledání a sledování biomarkerů nádorových onemocnění? Popřípadě v možnosti sledovat na molekulární úrovni jejich vznik?
Plazmonické biosenzory jsou skvělý nástroj pro citlivou a rychlou detekci nejen rakovinných biomarkerů přímo z krve pacientů. To je i jeden z našich cílů – využití optických biosenzorů pro individuální léčbu, tedy s možností sledovat plazmatické koncentrace léčiv či biomarkerů a nasadit cílenou terapii. Optické biosenzory se uplatňují i v hledání nových biomarkerů nebo ve výzkumu a charakterizaci léčiv. Nedávno jsme využili naše biosenzory také pro studium kontinuálního uvolňování léčiv z polymerních nanonosičů.
-
Jak vlastně vypadají zařízení, která optické biosenzory využívají – hovoříme o velkých laboratorních přístrojích, nebo o malých kompaktních zařízeních point-of-care?
Laboratorní prototypy optických biosenzorů, které vyvíjíme v našem týmu, jsou středně velká zařízení a pohodlně se vejdou na stůl. Vyvinuli jsme ale i malé varianty pro point-of-care aplikace, kde se celý biosenzor vejde do krabice od bot.
-
Takže to by byly už přístroje použitelné i v domácím prostředí?
Ano, v našem portfoliu máme už i malý přenosný biosenzor pro farmáře, určený k detekci antibiotik v kravském mléce.
-
Nakolik téma optických biosenzorů rezonuje ve světě? Spolupracujete na něm na mezinárodní úrovni a s kým?
Dosah konkrétního výzkumu se těžko hodnotí, ale můžeme se na to podívat třeba optikou počtu publikací a jejich citací. Publikované práce našeho týmu mají přes 22 tisíc citací, to znamená přibližně 1100 citací ročně. Řekla bych, že to je slušná rezonance. 😊 Spolupracujeme s mnoha kolegy a týmy po celém světě, většinou v rámci mezinárodních projektů, momentálně velmi úzce s týmem prof. Yu z Cornell University v USA. Zájem o náš výzkum se dá posoudit i podle toho, že námi vyvinuté plazmonické biosenzory najdete ve výzkumných laboratořích od Spojených států přes Evropu až po Tchaj-wan.
-
To není málo… V této souvislosti asi nebude lehké odpovědět na otázku, kterých dosavadních výsledků svých a vaší skupiny si nejvíce ceníte?
Já jsem vždy ráda, když se nám podaří něco nového a zajímavého. U medicinálních aplikací se hodně raduji, když k výsledkům přidáme „třešničku na dortu“ v podobě menší klinické studie – například jsme analyzovali vzorky pacientů s myelodysplastickým syndromem, nebo pacientů s poškozením ledvin. Je to totiž odměna nejen pro nás, ale i pro kolegy lékaře, se kterými spolupracujeme a kteří nám poskytují cenné klinické vzorky.
-
Mimochodem, kolik členů vaše výzkumná skupina má? Z jakých oborů a zemí?
Náš tým má přibližně 20 členů. Protože se věnujeme multidisciplinárnímu výzkumu v oblasti fyziky, chemie a biologie, jsou mezi námi odborníci napříč všemi těmito obory – teoretičtí fyzici, optici, inženýři, biochemici, fyzikální chemici, konstruktéři. Momentálně u nás máme kolegy z Itálie, Slovenska, Číny a Íránu. Historicky naším týmem prošli kolegové z Polska, Ukrajiny, Spojených států, Portugalska, Německa i z dalších zemí.
-
Jakou expertizu a služby může vaše výzkumná skupina poskytnout v rámci NÚVR ostatním týmům?
Nabízíme k využití naše biosenzory pro citlivou detekci nejrůznějších molekul souvisejících s nádorovým onemocněním a také pro charakterizaci a kvantifikaci biomolekulárních interakcí nebo pro studium a vývoj léčiv.
-
Jak se z vašeho pohledu daří spolupráce v rámci NÚVR, rozrůstá se?
Myslím, že funguje docela dobře. Oslovili jsme kolegy z jiných skupin a postupně navázali několik nových spoluprací. Jsem ráda, že díky NÚVR máme možnost objevovat další oblasti využití našich biosenzorů, získat nové znalosti a také rozšířit povědomí o optických biosenzorech a jejich možnostech.
-
Vedete výzkumnou skupinu v NÚVR, ale zároveň se rozrostla i vaše „rodinná skupina“. Jak to zvládáte sladit? Přejí podmínky ženám ve vědě?
Máte pravdu, momentálně jsem na rodičovské dovolené a zároveň pracuji na částečný úvazek. Díky velmi vstřícnému přístupu mého přímého nadřízeného i ředitele pracoviště jsem si mohla nastavit pracovní podmínky tak, aby doma i v práci byli spokojeni. A určitě by to nebylo možné bez mého skvělého partnera, který mne podporuje, a navíc výborně vaří. 😊 Povídání o podmínkách žen ve vědě, nebo obecně o pohledu společnosti na pracující maminky malých dětí, by vydalo na několik rozhovorů. Myslím, že názor společnosti a nastavení systému se postupně mění k lepšímu, ale ne vždy jsou podmínky tak příznivé, jako v mém případě. Já mám v tomhle ohledu opravdu štěstí.
