Speciální vysoce porézní gely, které na britské University of York ve skupině profesora Davida K. Smithe připravuje Petr Slavík, mají unikátní vlastnosti – lze je využít jako nosiče pro velmi malé kovové částice, které mohou dále sloužit pro farmaceuticky významné cross-couplingové reakce. „Teoreticky bychom s pomocí těchto gelů mohli snadno a levně připravovat léky neobsahující téměř žádné stopy použitých katalyzátorů. Druhou možností jejich využití je pak čištění odpadních směsí ve farmaceutickém průmyslu, které také obsahují velké množství přechodných kovů,“ vysvětluje náš loňský stipendista Petr Slavík.

Ve svém výzkumu se věnujete přípravě speciálních vysoce porézních gelů, o jaké gely se jedná a jak vypadá proces jejich tvorby?
V rámci svého projektu se snažím připravit gely na bázi dibenzyliden sorbitolu, které jsou schopné interagovat ve vodném prostředí s různými vzácnými kovy (zlato, platina, palladium atd.) a dále je zabudovávat do samotného gelu. Látky na bázi sorbitolu, běžně se vyskytujícího cukru, se pomocí nevazebných interakcí dokážou postupně skládat do větších celků a zároveň vázat do své struktury velké množství rozpouštědla, v tomto případě vody. Postup jejich přípravy je velmi snadný. Tyto látky smícháme s vodou a rozpustíme je, následně nám po ochlazení nebo jiném fyzikálním podnětu vznikne gel, který už má vlastnosti kombinující jak pevnou látku, tak kapalinu. Je to podobný princip, jako když v kuchyni používáme želatinu.

Připravené gely s kovovými nanočásticemi testujete jako katalyzátory pro cross-couplingové reakce ve vodném prostředí. Jak vypadá toto testování?
Tím, že gel nasytím roztokem palladia, absorbuje určité množství kovu z okolí, a to zůstává uvězněno uvnitř gelu. Následně už jako v každé organické syntéze smíchám výchozí látky s rozpouštědlem, přidám k nim gel (katalyzátor) a sleduji průběh reakce za testovaných podmínek. Oproti reakčním podmínkám, které jsou běžně používané pro tyto reakce (tedy inertní atmosféra a bezvodé prostředí), mnou prováděné reakce probíhají bez nutnosti použití inertní atmosféry a ve vodě coby reakčním médiu.

V průběhu reakce nedochází ke kontaminaci produktů přechodnými kovy, jak je to možné?
Přechodný kov je zakomponován přímo do struktury gelu. Většina velikostí palladiových nanočástic je v rozmezí 5 až 20 nanometrů, zatímco póry gelu jsou menší. Z tohoto důvodu nemůže palladium z gelu uniknout. Póry jsou však pořád dostatečně veliké pro běžné organické molekuly využívané ve farmacii, takže gelem mohou normálně procházet, palladium ovšem ne.

Derivát dibenzyliden sorbitolu se pomocí nevazebných interakcí skládá do větších celků (vláken), která zároveň obsahují velké množství rozpouštědla. Do struktury gelu jsou dále zakomponovány nanočástice palladia, které slouží jako katalyzátor pro nejrůznější cross-couplingové reakce (např. Suzukiho coupling).

Výhodou katalyzátorů, které testujete, je jejich snadná a levná příprava. Odkud je možné vzácné kovy levně a snadno získávat?
Někteří mí předchůdci zkoumali, jak získat tyto látky například z odpadních vod. Nedávno jsem byl na konferenci, která se tímto tématem zabývala. Zmiňovalo se tam, že velké množství materiálů lze získat z e-odpadů (odpadů po mobilních telefonech či počítačích), případně ze zbytků důlní těžby. To vše je však zatím čistě teoretické. Své katalyzátory zatím připravuji z běžně komerčně dostupných surovin.

Výhodou je ovšem i recyklovatelnost těchto katalyzátorů…
Ano, recyklace probíhá velmi jednoduše. Naše gely obsahují kromě sorbitolu, který jsem zmínil, ještě agarózu, cukr, který zlepšuje jejich mechanické vlastnosti. To znamená, že s gely můžeme v podstatě nakládat jako s pevnou látkou. Po skončení reakce gel jednoduše vyndám, omyji a mohu ho použít do další reakce. To je oproti jemně disperzním práškům, formě, ve kterých tyto kovy většinou bývají, výrazně jednodušší proces.

Co může váš objev znamenat pro farmaceutický průmysl?
Když se ve farmaceutickém průmyslu něco vyrábí, vždy jsou velmi přísně hlídané zbytkové nečistoty v lécích, např. právě přechodné kovy. V případě palladia musí být koncentrace menší než 10 ppm (10 částic na 1 000 000 částic), což je poměrně nízká hodnota a většinou bývá těžké jí dosáhnout bez dalšího čištění. S pomocí našich gelů by se teoreticky mohly vyrábět léky, které už by nebylo třeba dočišťovat dalšími postupy.

Daly by se vaše objevy využít i v jiné oblasti?
Ano. Druhou možností jejich využití je pak čištění odpadních směsí ve farmaceutickém průmyslu, které také obsahují velké množství přechodných kovů. V této oblasti existují i jiné možnosti čištění, ale velkou výhodou našich gelů je, že jsou velice levné, protože je lze vyrobit z běžně dostupných přírodních surovin a dále je upotřebit právě např. jako katalyzátory.

Jaký byl důvod, proč jste se vy osobně specializoval právě na tuto oblast chemie?
Od svého bakalářského až do konce doktorského studia jsem se věnoval supramolekulární chemii. Když jsem se pak rozhodoval, na jakou stáž po doktorátu jít, chtěl jsem v oboru pokračovat, nicméně jsem chtěl alespoň trochu změnit zaměření.

Díky grantu Nadace Experientia nyní působíte ve skupině profesora Davida K. Smithe na britské University of York. Čím vás vlastně profesor Smith oslovil?
Roli sehrálo více faktorů. Jednak jsem chtěl do nějaké anglicky mluvící země, abych si zlepšil angličtinu. Dále jsem nechtěl nějakou velkou skupinu nobelisty, se kterým bych se příliš nesetkával. U profesora Smithe je nás zhruba osm, což je poměrně malá skupina, která drží pohromadě, a setkáváme se velmi pravidelně. A v neposlední řadě to byl samotný výzkum, který se mi zdál hodně zajímavý a užitečný. Profesor Smith na University of York působí jako propagátor vědy, takže na Twitteru pravidelně píše o svém výzkumu a na Youtube o něm zveřejňuje videa. I to, jak propaguje vlastní výzkum, mě oslovilo.

Na čem tedy pracuje výzkumný tým profesora Smithe?
Témat, na kterých se ve skupině profesora Smithe pracuje, je poměrně hodně. I když jsme malá skupina, téměř každý má svůj vlastní projekt, společným prvkem je ale práce s gely. Jedna část skupiny například využívá gely, které modifikuje tak, aby byly v určitých místech měkčí a v jiných tvrdší. Ve spolupráci s biologickým oddělením pak na těchto upravených gelech pěstují tkáňové kultury. V budoucnosti by tímto způsobem mohlo jít např. připravovat části kostí nebo nové orgány. Další můj kolega se věnuje odbourávání arzenu z odpadních vod, což je velmi aktuální téma. Velké množství odpadních vod je arzenem znečištěno, což může mít závažné negativní zdravotní důsledky.

Vypadá to tedy, že je u profesora Smithe velký důraz kladen na aplikaci základního výzkumu…
Ano, profesor Smith dbá na to, aby každý z článků, který je ve výzkumu zapojen (už od studenta, který tam dodělává bakalářské studium), viděl vyšší cíl, ke kterému výzkum spěje. Například můj kolega, který se snaží čistit vody od arzenu, ví, že pokud bude jeho výzkum fungovat, další fází projektu bude navázání spolupráce s Bangladéšem, kde je asi nejvyšší znečištění vody arzenem na světě, a kde by to potenciálně mohlo přinést velký užitek.

Jaký je tento vyšší cíl ve vašem případě?
Pokud bude fungovat můj výzkum, pravděpodobně bychom navázali komunikaci s farmaceutickými firmami, kterým bychom nabídli testování mnou připravených gelů.

Co jste se dosud na stáži od profesora Smithe přiučil?
Profesor Smith je velmi pracovitý. Za dobu mé stáže jsem se s ním tolikrát nesetkal, protože je hodně časově vytížený. Obdivuji jej za to, že se snaží všechny menší úkoly delegovat na jiné lidi včetně studentů, aby se tak mohl intenzivněji věnovat psaní článků, recenzování článků a samotnému výzkumu. Z vědeckého hlediska jsem se naučil připravovat gely, zkoumat jejich vlastnosti a dále s nimi pracovat.

Jaké jsou vaše dosavadní dojmy z University of York? V čem se tamní vědecké prostředí liší od českého?
Jeden z prvních dojmů se týkal prostředí univerzity. Univerzitní kampus se rozkládá kolem jezera a on i samotný York je opravdu překrásný. Z odbornějších věcí mě překvapilo, že oproti českým univerzitám je vybavení laboratoře na nižší úrovni – občas nemáme dostatek laboratorního nádobí nebo chemikálií. Je to paradoxní vzhledem k tomu, že přístrojové vybavení tu je na špičkové úrovni. Dále zde mají výrazně přísnější bezpečnostní opatření. Ve chvíli, kdy bych dělal novou reakci, musím vyplnit poměrně rozsáhlý formulář bezpečnostních rizik, co všechno se může stát, případně koho mají kontaktovat, když v noci zjistí, že se v laboratoři něco pokazilo. Naopak co zde oceňuji je, že přímo na patře máme společnou kuchyňku s jídelnou, kde se celé oddělení v rámci polední pauzy setkává a může diskutovat. To mi na českých pracovištích scházelo.

Jaký cíl stáže jste si vytkl?
Chtěl jsem se naučit něco nového, z toho důvodu jsem také změnil téma výzkumu. Zároveň bych se rád od profesora Smithe přiučil, co obnáší vedení skupiny a propagování výzkumu – jednak vštípit studentům, proč dělají daný výzkum, a přimět je k tomu, aby byli hrdí na to, co dělají, a jednak být schopen to vysvětlit širší veřejnosti. To považuji v dnešní době za velmi důležité. Samozřejmě bych byl rád, kdyby se mi povedlo výsledky publikovat, případně navázat další spolupráci s farmaceutickým průmyslem.

Mnoho vašich předchůdců si svůj zahraniční pobyt prodloužilo. Jaké jsou vaše plány do budoucna?
Mám podaný další grant. Pokud mi vyjde, prodloužím si pobyt do roku 2020. Pokud ne, vrátil bych se zpět do ČR.

Můžete na závěr říci, co pro vás osobně znamenal grant od Nadace Experientia a jak vás zatím stáž, na kterou jste mohl díky nadaci vycestovat, posunula?
To, že mohu získat zahraniční zkušenost a nemusím si hradit celý pobyt sám, byl ohromný vklad. Zároveň nám to umožnilo, že jsme vycestovali s manželkou společně. Také doufám, že získám zkušenosti, které budu moct využít v budoucí kariéře a při sepisování jiných grantů.

Co byste vzkázal potenciálním žadatelům o grant Nadace Experientia?
Ať to zkusí, šance získat grant je poměrně vysoká. Navíc ve chvíli, kdy jsem hledal různé grantové nabídky, mi grant Nadace Experientia přišel jako nejjednodušší grantová žádost, která v České republice existuje. Jedná se o pouhé 3 stránky textu na rozdíl od jiných grantů, které mají například 40 stránek. Navíc se žadatel výsledky dozví relativně brzy.

Petr Slavík

se narodil v roce 1989 v Třebíči. V roce 2017 absolvoval doktorandské studium organické chemie na VŠCHT v Praze u profesora Pavla Lhotáka. Nyní je na postdoktorandské stáži na University of York ve Velké Británii, na které ho Nadace Experientia podpořila ročním stipendiem ve výši 760 000 Kč.