Během práce se ukázalo, že je to vhodný kandidát pro přípravu cílené nanostruktury (DNA origami). Dokázaly by zesílit účinnost dnešní konvenční léčby, otevřely by další cesty k přesnější diagnostice a cílenému transportu léčiv,“ vysvětluje Mgr. Tomáš Chum, Ph.D. z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.

Zákeřnost některých chorob spočívá v tom, že zneužívají lidské tělo jako štít, který je chrání před účinnou léčbou. Poslední dobou se ale ukazuje, že lékařům mohou v boji s rakovinou významně pomoci nanotechnologie. Vědci Washingtonské univerzity už v roce 2017 představili nový sofistikovaný systém s nanonosiči. Ten umí dopravit k nádoru svůj multifunkční náklad. Vědci postavili své nanonosiče jako hybridy syntetických materiálů, které měly unikátní schopnost nést nejen léčivo pro chemoterapii. Nesly také fluorescentní nebo magnetické částice, které ohnisko nemoci zviditelní.

Vývoj nových aplikací DNA origami

DNA origami jsou nanostruktury připravované skládáním jednovláknové DNA do požadovaného plošného nebo prostorového tvaru. Jejich úpravou a vývojem se zabývá vědecký tým Jaroslava Kočiška z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Jednodušší tvary jsou používány pro studium vlivu radiace na strukturu a stabilitu samotné DNA. V jiných aplikacích, například v mikroskopii, bývají použity jako přesná měřítka v nanometrové škále. Složitější struktury mohou zaujímat jakýkoliv představitelný trojrozměrný tvar. Jsou proto ideálním systémem biokompatibilního nosiče aktivních látek do místa určení v mnohobuněčném organizmu.

Během práce s těmito molekulami se výzkumnému týmu podařilo získat kontrolu nad přípravou různých přesně definovaných tvarů a velikostí. Mimo to se naučili získané nanostruktury upravovat pomocí vazeb nejrůznějšími kovy, či organickými molekulami. A dokázali i zvýšit stabilitu získaných DNA nanostruktur. Během výzkumu se vědcům povedlo vytvořit vlastní infrastrukturu a postupy pro přípravu a analýzu DNA origami. Tým dnes disponuje know-how pro design a úpravu jednotlivých tvarů.

Cílená diagnostika

Jak se ukazuje, mohly by se tyto nanostruktury využít jako nosiče pro cílený transport léčiv a aktivních látek do místa určení, tak i během cílené medicínské diagnostiky. Tím, že vědecký tým zvládl převzít kontrolu nad molekulami DNA origami se otevírá velmi nadějná cesta k jejich využití. Molekula DNA má v biologickém světě nespornou výhodu a to, že je bez jakéhokoliv omezení biokompatibilní.

Problémy nastávají v momentě jejího využití v mnohobuněčném organizmu. Ten může tuto molekulu považovat za potenciálně nebezpečnou z hlediska neznámé nákazy, protože se za normálních okolností holá molekula DNA v organizmu nevyskytuje. Aktuální výzkum této oblasti je prozatím „v plenkách“.

Látky, které překlenou protiklady

Výzkum biokompatibilních nanomateriálů a nanonosičů je jedním z nejrychleji rozvíjejících se oborů biomedicíny. Nároky na tyto molekuly jsou značné i protichůdné. Musí být dostatečně stabilní, odolné vůči prostředí organizmu, biokompatibilní a netoxické, počítaje v to i jejich produkty. Zároveň je třeba, aby byly snadno rozložitelné v cílovém místě poté, co splní svoji funkci. Bohužel syntetické materiály jsou tělem pacienta často vnímána jako „cizí“ látka. Proto se výzkum těchto materiálů rozjíždí na vícero frontách včetně studia organických látek, které bývají z principu biokompatibilní, jako jsou tuky, proteiny, či molekuly DNA.

„Materiály na bázi tukových molekul shlukujících se do kapének, se ukázaly jako velice nadějné a praktické. Velká část společnosti se s výsledky jejich výzkumu setkala během očkování proti Covid-19. Během posledních pár let se proto investují značné prostředky do tohoto směru. Bohužel i mnoho nadějných molekul z tohoto prostředí je ve větším množství pro organizmus toxické,“ vysvětluje administrátor kanceláře transferu technologií Tomáš Chum z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.

Jak nahradit hliník

Proteinové složky a nanonosiče bývají součástí dnešních moderních očkovacích látek jako přísady, které zesilují účinek očkovacích vakcín a stále častěji nahrazující molekuly koloidního hliníku. Ten se používá po desetiletí, ale aktuálně upadl ve značnou nevoli ve společnosti. „I v tomto směru se velice intenzivně pracuje na zlepšování vlastností, nicméně vzhledem ke své podstatě mnoho molekul může snadno u vnímavější části populace vyvolat alergickou reakci, což není výjimečné ani během očkování,“ dodává Tomáš Chum.

Skupina Jaroslava Kočiška z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR se také již delší dobu věnuje výzkumu vlivu radiačního záření, které je využíváno během radioterapie pro léčbu různých forem rakoviny. „Výzkum je především zaměřen na vliv záření a vzniklých radikálů na molekuly DNA. Během práce s tímto materiálem se ukázalo, že by byl vhodným kandidátem pro přípravu cílených nanostruktur, které by dokázaly zesílit účinnost dnešní konvenční léčby a otevřely by další cesty k přesnější diagnostice a cílení léčby,“ říká Tomáš Chum.

Komerční využití

„Výsledky našeho výzkumu jsou připraveny pro obchodního partnera, který má již nějaké zkušenosti v oblasti výzkumu léčiv a jejich cílení do oblasti účinku,“ doplňuje Tomáš Chum.

Vědci hledají napříč byznys sférou spolupráci pro využití jejich know-how v oboru DNA origami pro přípravu cílených nosičů léčiv, diagnostických sloučenin využitelných během medicínské terapie, zobrazování a diagnostiky, případně jejich kombinaci (teranostika). Cílem spolupráce je vytvoření infrastruktury pro výrobu většího množství daného nosičového materiálu modifikovaného pomocí aktivních molekul a jeho umístění na trhu.