Rozhovor s členom úspešného tímu fyzikov o svete nanočastíc

Vedci z Katedry fyziky kondenzovaných látok UPJŠ tu skúmajú magnetické nanočastice na báze železa či kobaltu, ktoré otvárajú nové možnosti v medicíne – od diagnostiky vírusov, doručovania liečiv priamo k chorým bunkám až po liečbu nádorov pomocou magnetického prehrievania, známeho ako hypertermia. O výskumoch sme sa rozprávali s jedným z tímu vedcov, RNDr. Pavlom Hrubovčákom, PhD.

Čo vás motivovalo k výskumu nanočastíc? Tušili ste, že majú veľký potenciál?

Vývoju nanočastíc sa na našej Katedre fyziky kondenzovaných látok UPJŠ venuje náš tím už vyše 20 rokov, pretože sú to látky budúcnosti. V 90. rokoch boli nanočastice revolučný typ materiálu. Vedci im predpovedali široké uplatnenie a teoretickí fyzici odhadovali ich správanie. Dnes ale experimenty ukazujú, že mnohé známe a overené teórie v tomto prípade neplatia vôbec alebo len čiastočne. Zrodila sa tak akoby nová oblasť fyziky, so svojimi osobitými zákonmi.

Ako fungujú magnetické vlastnosti nanočastíc a prečo sú tak výnimočné v porovnaní s inými materiálmi?

Magnetické nanočastice sa správajú ako veľmi maličké magnety. Sú oveľa menšie ako ľudská bunka a reagujú na magnetické pole. Pomocou neho vieme nanočasticami manipulovať. Nanočastice, ktoré prezentujeme v aktuálnom článku v časopise Surfaces and Interfaces, majú magnetické jadro a ich povrch je upravený špecifickými organickými molekulami, ktoré sú schopné výborne viazať RNA vírusov. Takto vieme zachytiť a rozpoznať RNA vírusov.

Dosiahli ste tento objav cielene alebo náhodou? Ako dlho trvala cesta k nemu?

V rámci 4-ročného projektu zameraného na diagnostiku a liečbu ochorení dýchacích ciest sme cielene upravili povrch našich magnetických nanočastíc šestnástimi rôznymi typmi molekúl. Kým niektoré sa ukázali ako neúčinné, v jednom prípade sme pozorovali zvýšený záchyt RNA vírusu až o 60%.

Ako ste dosiahli až o 60% vyššiu efektivitu v porovnaní s komerčnými testami?

Oproti komerčným nanočasticiam majú tie naše väčší povrch, ktorý je zároveň upravený špecifickým typom molekuly. Takto sme zvýšili počet miest na povrchu nanočastice, ktoré lepšie viažu RNA molekuly vírusov.

Aké praktické výhody prináša vaša metóda detekcie (zistenia prítomnosti) vírusov? Na aké vírusové ochorenia môže byť použitá?

Vyššia efektivita znamená, že je potrebné použiť menšie množstvo nanočastíc a výsledok dostaneme rýchlejšie. Tak sa šetria financie na ich výrobu a skracuje sa čas vyhodnocovania testu. Metóda môže byť použitá na ľubovoľné typy vírusov (covid, chrípka, hepatitída, HPV, HIV a.i.).

Čo znamená úspech v podobe publikácie v časopise Surfaces and Interfaces?

Publikovanie v renomovanom vedeckom časopise znamená, že náš výskum je kvalitný, výsledky sú nové a zaujímavé pre vedeckú komunitu. V procese publikovania boli naše metódy, výsledky a závery podrobené prísnej kontrole zo strany najlepších odborníkov z danej oblasti (recenzentov).

Spolupracovali ste s Ústavom chemických vied (ÚChV) UPJŠ a Ústavom experimentálnej fyziky (ÚEF) SAV. Ako táto spolupráca prispela k výsledkom výskumu?

Publikácia je výsledkom úzkej spolupráce medzi všetkými ústavmi. Bez nej by nebolo možné dopracovať sa k výsledkom. Kolegovia na ÚChV nanočastice pripravili, my, na ÚFV sme preskúmali ich fyzikálno-chemické vlastnosti, a najperspektívnejšie nanočastice následne testovali na záchyt RNA kolegovia z ÚEF.

Ako a kde prebiehajú pokusy?

Nanočastice si navrhujeme a vyrábame sami v chemických laboratóriách. Keďže voľným okom ani bežným mikroskopom nie sú viditeľné, musíme ich skúmať napríklad pomocou elektrónovej mikroskopie, RTG či spektroskopiou. U častíc určených na biomedicínske účely testujeme aj ich toxicitu na bunkách. Niektoré sme testovali už aj na laboratórnych potkanoch.

Prebieha u vás súčasne viacero výskumov?

Áno. Dlhodobo sa zaoberáme aj nanočasticami, na ktorých povrch je možné chemicky naviazať liečivo a cielene ho dopraviť pomocou magnetického poľa priamo na postihnuté miesto (napr. nádor). Následne tam uvoľnia liečivo, čím zničia len nádorové bunky a neškodia celému telu ako chemoterapia. Ďalšou možnosťou potenciálnej liečby nádorov je vystaviť naočastice striedavému magnetickému poľu s vysokou frekvenciou, čím sa začnú zohrievať. Takto doslova “uvaria” okolité bunky, čo sa nazýva metóda magnetickej hypertermie.

Ako sa magnety potom dostanú z tela von?

My vyrábame častice, ktoré (ako potvrdzujú testy) sú neškodné pre organizmus. Niektoré druhy našich častíc dokáže telo časom samo odbúrať, iné vylúči. Keďže sa však jedná o kľúčovú otázku, tento výskum stále prebieha a zameriava sa naň veľká časť nanočasticovej vedeckej komunity.

Akú sú vaše plány do budúcnosti?

V septembri sa chystáme na merania v jadrovom reaktore v Grenobli. Neutrónové žiarenie by mohlo priniesť odpovede na otázky súvisiace vnútornou štruktúrou našich nanočastíc. Je možné, že nás bude sprevádzať aj minister školstva Tomáš Drucker. V októbri sa chystáme prezentovať naše výsledky na medzinárodnej nanočasticovej konferencii v Argentíne. Práce a nápadov máme stále dosť, chýbajú nám ale ľudia do tímu. Tým by som chcel apelovať na mladých ľudí, ktorí sa rozhodujú pre budúce štúdium, aby prišli študovať k nám. Bez skromnosti poviem, že robíme výskum na svetovej úrovni, ktorý je užitočný a prospešný pre ľudstvo. 

Čo robia fyzici vo voľnom čase?

Hoci sú vedci často považovaní za “špecifických”, pravdou je, že väčšina z nás sú “normálni” ľudia. Vieme, že náš obraz v spoločnosti trošku zdeformoval populárny seriál Teória veľkého tresku. My sa však, tak ako aj ostatní ľudia, radi zabávame, športujeme či cestujeme po rôznych vzdialených krajinách.

Galéria

+ 3