Košickí biofyzici riešia aktuálne biomedicínske problémy

Vedci z Centra interdisciplinárnych biovied (CIB), Technologického a inovačného parku a Katedry biofyziky (KBF), Prírodovedeckej fakulty Univerzity Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach (UPJŠ) sa aktuálne podieľajú na riešení troch významných európskych biomedicínskych projektov, ktoré sa zameriavajú na dlhodobé medicínske problémy, ako aj na súčasnú pandemickú situáciu. Jedná sa o projekty CasProt, BioPickmol a OPENMED, ktoré sú financované z programu H2020 Európskej komisie a z Európskych štrukturálnych a investičných fondov, a ktorých hlavným cieľom je prostredníctvom inovatívnych prístupov pomôcť v liečbe závažných civilizačných ochorení (infekčných, onkologických, kardiovaskulárnych, neurodegeneratívnych), a tak prispieť k vytvoreniu podmienok na zlepšenie celkového zdravia spoločnosti.

Tieto projekty sú výsledkom dlhodobej snahy vedcov z CIB a KBF UPJŠ o vytvorenie udržateľného systému financovania základného výskumu s presahom do medicínskych aplikácií. Prvotná myšlienka tohto zámeru vznikla pred niekoľkými rokmi na KBF pod vedením prof. RNDr. Pavla Miškovského, DrSc., a vďaka projektu CELIM vyústila do integrácie siedmich slovenských vedcov pôsobiacich dlhodobo v špičkových zahraničných laboratóriách. Títo vedci nielenže priniesli do Košíc nové originálne know-how, ale aj množstvo kontaktov, vďaka ktorým vznikli aj projekty CasProt a BioPickmol.

Projekty sa realizujú v spolupráci s významnými domácimi a európskymi univerzitami a vedecko-výskumnými inštitúciami: Univerzita v Zürichu (UZH), Technická univerzita v Mníchove (TUM), Technická univerzita v Košiciach (TUKE), Univerzita veterinárskeho lekárstva a farmácie v Košiciach (UVLF), Neurobiologický ústav Biomedicínskeho centra SAV (NbÚ BMC SAV), ako aj s partnermi z priemyselného sektora (SAFTRA Photonics, s.r.o., JUHAPHARM, s.r.o., MM Medical, s.r.o., AUSYS, s.r.o.). Ako uviedol zodpovedný riešiteľ projektu OPENMED, doc. Mgr. Daniel Jancura, PhD.: „Ide o významné prepojenie a vzájomnú spoluprácu akademického prostredia so súkromným sektorom, ktorá môže vyústiť do dlhodobej spolupráce, a prispeje k trvalo udržateľnému rozvoju vedecko-výskumných aktivít v regióne východného Slovenska, s presahom do aplikačnej praxe“.

V nadväznosti na vyššie spomínané projekty sa v polovici januára 2022 uskutočnilo v Grandhoteli Praha v Tatranskej Lomnici spoločné vedecké sympózium riešiteľov týchto projektov s názvom „Trendy v interdisciplinárnych biovedách“. Cieľom sympózia bolo zlepšiť informovanosť a zintenzívniť spoluprácu medzi zúčastnenými inštitúciami, a zároveň prispieť k efektívnej koordinácii využitia vedecko-výskumného potenciálu.

Konkurencieschopné proteínové inžinierstvo v Košiciach

Projekt H2020 s názvom „Fostering high scientific quality in protein research in Eastern Slovakia (CasProt)“ je financovaný z európskeho rámcového programu EÚ pre výskum a inovácie H2020 v rámci výzvy „Twinning“. Je zameraný na zvýšenie vedeckej kapacity v oblasti vied o proteínoch, pričom jeho ambíciou je dosiahnutie líderskej pozície UPJŠ na Slovensku v tejto vedecko-výskumnej oblasti. Predpokladom pre úspešný rozvoj UPJŠ v oblasti výskumu proteínov je aj špičková kvalita spolupracujúcich vedeckých tímov z TUM (Nemecko) a UZH (Švajčiarsko). Úspešná realizácia projektu počíta aj s rozvojom špičkových technológií a inovačného potenciálu UPJŠ v proteínovom inžinierstve. Projekt navyše významne podporuje mladých vedcov, a to najmä v rozvoji ich zručností v oblasti interdisciplinárnych biovied. Jednou z ambícií je umožniť talentovaným študentom pracovať na kvalitných vedeckých témach aj u nás doma, na UPJŠ v Košiciach, v spolupráci s najlepšími európskymi vedeckými tímami v danej oblasti.

Vedecké zameranie projektu CasProt sa sústreďuje na aplikáciu pokročilých metód riadenej evolúcie proteínov na cielený vývoj špecifického typu proteínových receptorov nazývaných GPCRs (z ang. G protein-coupled receptors). GPCRs sú molekulové viacúrovňové spínače, ktorých úlohou je kontrolovať signálne dráhy v bunke, pričom tie sú spojené s rôznymi mentálnymi, metabolickými, kardiovaskulárnymi, zápalovými a zmyslovými poruchami. Na významnú a výnimočnú dôležitosť GPCR receptorov poukazuje aj fakt, že až 50% liečiv dostupných na trhu je zacielených práve na reguláciu ich aktivity. Aj napriek tomu sú poznatky o ich štruktúre a dynamike stále veľmi limitované, a to najmä kvôli ich fyzikálno-chemickým vlastnostiam, predovšetkým v dôsledku ich extrémne nízkej rozpustnosti vo vodnom prostredí. „Optimalizácia ich rozpustnosti výrazne zjednoduší ich detailnú biofyzikálnu charakterizáciu“, vysvetľuje koordinátor projektu CasProt, doc. RNDr. Erik Sedlák, DrSc., a pokračuje: „Takto získané výsledky umožnia pochopenie molekulových základov regulácie funkcie GPCRs a tým aj vylepšenie racionálneho prístupu pri vývoji nových liečiv.“

Rýchla a finančne efektívna detekcia vírusov

Potreba časovo a finančne nenáročnej detekcie vírusov je ešte stále aktuálnou výzvou.  Z tohto dôvodu sa UPJŠ v spolupráci so spoločnosťami SAFTRA Photonics s.r.o. a AUSYS s.r.o v rámci projektu „Vývoj nanosenzorických fotonických systémov na rýchlu detekciu vírusov využitím metód riadenej evolúcie proteínových platforiem: prípad SAR-CoV2 (BioPickmol)“ zameriava na vývoj metodiky na rýchlu, selektívnu a vysoko citlivú detekciu vírusov SARS-CoV-2 pomocou fotonických nanoštruktúrnych čipov, na povrchoch ktorých je daný vírus špecificky zachytený.  „Takúto selektívnu detekciu je možné dosiahnuť vhodnou funkcionalizáciou, teda vhodnou chemickou modifikáciou nanoštruktúrneho povrchu. Cieľom je využiť našu expertízu ako vo výrobe fotonických nanoštruktúrnych čipov, tak aj vo vývoji metód riadenej evolúcie vybraných proteínových platforiem a funkcionalizovať fotonické čipy nanovrstvou špecifických proteínov s cieľom dosiahnutia optimálnej efektivity viazania a reprodukovateľnosti detekčných vlastností“, približuje hlavný zámer výskumu doc. RNDr. Gabriel Žoldák, PhD., zodpovedný riešiteľ projektu BioPickmol. Prof. Miškovský zo SAFTRA Photonics s.r.o. dopĺňa: „Po nanesení vzorky inaktivovaného vírusu na funkcionalizovaný čip je možné prítomnosť vírusu detegovať na základe povrchovými plazmónmi zosilneného Ramanovho signálu špecifického pre daný vírus. Výnimočnosťou projektu je aj vývoj samotného detekčného systému bioRAMASCOPE, ktorý bude spĺňať všetky špecifické požiadavky kladené na požadované detekčné limity, ako aj spoľahlivosť prevádzky nevyhnutnú pre detekciu vírusu SARS-CoV-2.“ Zaujímavosťou je, že v rámci projektu sa tiež rozvíja paralelná vedecká línia zahŕňajúca vývoj originálnych proteínov ako nových biologických entít s väzobnou funkciou umožňujúcou špecifické viazanie inaktivovaných vírusov. Cieľom je získať molekulovú platformu s vysokou citlivosťou a špecificitou voči rôznym typom vírusov, vrátane SARS-CoV-2.

Unikátny ekosystém biomedicínskeho výskumu

Projekt „Otvorená vedecká komunita pre moderný interdisciplinárny výskum v medicíne (OPENMED)“, ktorého riešiteľmi sú: UPJŠ, TUKE, UVLF, NbÚ BMC SAV a dvaja partneri z priemyselného sektora – MM MEDICAL s.r.o. a JUHAPHARM s.r.o., si stanovil za prioritné ciele riešiť vybrané problémy diagnostiky a liečby onkologických, kardiovaskulárnych a vírusových ochorení, ochorení centrálnej nervovej sústavy, ako aj ochorení pohybového aparátu. Jedinečnosť a originalita projektu OPENMED spočíva v plnohodnotnom využití multidisciplinárneho prostredia košických univerzitných a vedecko-výskumných pracovísk, ktoré sú prepojené komplementárnymi expertízami v oblasti medicíny, prírodných a technických vied a veterinárskeho lekárstva. Intenzívna interdisciplinárna spolupráca medzi partnermi projektu sa už premietla do vytvorenia moderných oblastí výskumu spájajúcich nové biomedicínske odbory, konkrétne: i) nanomedicína a cielená terapia, ii) personalizovaná medicína a iii) regeneračná medicína a bunková terapia. „Sme presvedčení, že celkový cieľ projektu, ktorým je vytvorenie unikátneho ekosystému biomedicínskeho výskumu v Košiciach, povedie prostredníctvom aplikácie získaných výsledkov výskumu v praxi ku zlepšeniu diagnosticko-terapeutických prístupov v liečbe viacerých závažných civilizačných ochorení, a tým aj ku zlepšeniu zdravotného stavu obyvateľstva“, uzatvára doc. Jancura.

Úspešný priebeh a splnenie cieľov projektov CasProt, BioPickmol a OPENMED výrazne prispeje k vybudovaniu Košického klastra nového priemyslu (CNIC). Ako uvádza predseda predstavenstva CNIC, prof. Miškovský: „CNIC predstavuje pól vedeckej, technickej a priemyselnej excelentnosti v oblastiach biomedicíny, biotechnológie, digitálnych technológií, pokročilých materiálov a zelených technológií. Tento klaster vzniká s ambíciou vytvoriť inovačné prostredie pre úspešné uplatnenie potenciálu členov CNIC v oblasti výskumu a vývoja a pri formovaní high-tech priemyslu v regióne východného Slovenska s presahom na celé Slovensko“. Je zrejmé, že vedecký výskum realizovaný na UPJŠ môže v blízkej budúcnosti ovplyvniť každodenný život obyvateľov mesta Košíc ako aj jeho okolia.

(PR)