Nanočástice v nás
22. 9. 2010
Naplní se vize slavné americké sci-fi z roku 1966 „Fantastická cesta“, v níž výzkumníci jsou i s ponorkou zmenšeni na velikost mikrobu a vstříknuti do cévy vědce, aby zachránili jeho život? Slavného filmového vědce zastoupí náš populární Michael a nanočástice jsou vstříknuty do jeho krve. Na oddělení zobrazovacích technik nemocnice v Ústí nad Labem budeme sledovat, jakou zprávu o nitru Michaelova těla a jeho orgánů nanočástice podají.
Tereza: Slovíčko „nano“ jste už určitě slyšeli. Nanočástice, nanoroboti, nanovlákna … Budoucnost je „nano“. Dokonce část peněz z našich daní jde na výzkum této „nanovšehochuti“. A já se ptám: čím je pro nás toto nano-bláznovství užitečné? Jak nám prospívá? A proto se s Michaelem vydáme na průzkum.
Filip: Mysleli jsme si, že nanotechnologie zatím neopustily výzkumné laboratoře. Jenže nanočástice se už používají v každodenní praxi. Třeba v medicíně. Proto jsme se vydali do Masarykovy nemocnice v Ústí nad Labem.
Ing. Martina Nováková, Radiodiagnostické oddělení, Masarykova nemocnice v Ústí n. Labem: Dobrý den, vítám vás u nás. Tak co, Michaele, jste připraven na vyšetření magnetickou rezonancí?
Michael: Jsem připraven.
Ing. Martina Nováková, Radiodiagnostické oddělení, Masarykova nemocnice v Ústí n. Labem: Tak nejprve půjdeme k nám do čekárny a tam vyplníme dotazník, který potřebujete před vyšetřením magnetickou rezonancí. Prosím vyplnit správné odpovědi. A když to budete mít vyplněno a souhlasíte s vyšetřením, podepsat informovaný souhlas, ano?
Michael: Dobře … Kardiostimulátor – to tedy nemám …
Filip: Jak a v které fázi vyšetření se setkáme s nanočásticemi? Poznáme to vůbec? Jak se to projeví?
Tereza: Michael se právě převléká na vyšetření. Wow, Michaele!
Ing. Martina Nováková, Radiodiagnostické oddělení, Masarykova nemocnice v Ústí n. Labem: Michaele, jste připraven?
Michael: Jsem připraven.
Ing. Martina Nováková, Radiodiagnostické oddělení, Masarykova nemocnice v Ústí n. Labem: Půjdeme do vyšetřovny magnetické rezonance, kde vás položím na lůžko. Tam zůstanete ležet úplně v klidu. Na břicho a na hrudník vám přiložím cívky, které budou snímat signál.
Michael: Dobře.
Filip: Jak bude Michaelovo tělo snášet magnetické pole ohromného magnetu, 40000 krát silnější než je magnetické pole Země?
Ing. Martina Nováková, Radiodiagnostické oddělení, Masarykova nemocnice v Ústí n. Labem: Tak to je Michaelovo tělo. Budu mít zachyceno kompletní celé břicho. To vyšetření bude trvat 39 sekund. Michaele, slyšíme se?
Michael: Jo.
Ing. Martina Nováková, Radiodiagnostické oddělení, Masarykova nemocnice v Ústí n. Labem: Tak teď se mírně nadechněte a nedýchejte.
Filip: Zatím vyšetření probíhalo jako u obyčejného rentgenu. Jen obrázky se od těch rentgenových poněkud liší.
Tereza: Pak přišel pan primář Derner a v jeho ruce se objevila malá injekční stříkačka. Obsahuje první přípravek, který se může používat v klinické praxi k diagnostickému vyšetření pacientů.
Tereza: Michael dostane injekci.
Filip: Téměř černý roztok obsahuje nepatrné částečky super-paramagnetického železa, velké nebo spíše malé jen 30 až 50 nanometrů. Co v Michaelově těle způsobí?
Michael: Au! A teď vám povím jedno malé tajemství. Zatímco v medicíně jsou magnetické nanočástice novinkou, vy jste se s nimi už určitě setkali. Třeba s tím.
Tereza: Kazetová páska. Dnes působí trošku jako z doby dinosaurů…
Michael: Ta páska totiž také obsahuje nanočástice oxidu železa, díky kterým může zachovat informace, představující hudbu.
Tereza: Novinkou ale je, že byly nalezeny takové technologie, které nejen kontrolují velikost nanočástic, ale jsou schopny řízeně vytvářet jejich různé velikosti.
Michael: Tak pojď.
Filip: Naše pátrání po nanočásticích nás zavedlo na pražské Petřiny, do známého Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd.
Michael: Jdeme! Jako doma …
Ing. Michal Babič, oddělení polymerních částic, ÚMCH AV ČR: Amoniak už je pro tebe připravený.
Michael: Super. Iron three and iron two chloride.
Chlorid železnatý a železitý.
Filip: Michael si nemohl nechat ujít příležitost vytvořit u kolegy Michala z dvoj- a trojmocného železa super-para-magnetické nanočástice.
Tereza: Dvoj- a trojmocné železo při smíchání nejprve zhnědne. Po přidání amoniaku pak zčerná.
Filip: Silný neodymový magnet přitahuje super-paramagnetické nanočástice z roztoku a táhne je za sebou podél boční stěny kádinky.
Tereza: Další pokus: magnet jsme umístili pod dno kádinky. Během pár okamžiku se nanočástice shlukly nad magnetem.
Filip: Stále nevěříte? Sledujte. Roztok nanočástic je tentokrát v tenké vrstvičce na dně Petriho misky. Magnet dokáže přitáhnout celý chomáč nanočástic i s částí roztoku.
Michael: But what is really, really, really important is that these tiny nanoparticles of iron oxide are enveloped with the synthetic polymer coating.
Ale opravdu důležité je to, že tyto nepatrné nanočástice železa jsou obaleny syntetickým polymerovým povlakem.
Michael: This synthetic polymer keeps separated individual nanoparticles of iron oxide, which would otherwise aggregate and thus give them individual character.
Tento syntetický polymer udržuje jednotlivé nanočástice oxidu železa odděleně od sebe jako samostatná tělíska. Jinak by se spojovaly do souvislé hmoty.
Michael: But what´s more – this is where the chemistry gets really interesting – the synthetic polymer coating allows us to functionalize the nanoparticles.
Ale o co víc – a tímhle je chemie velice zajímavá – syntetický polymer povlak nám umožňuje, aby se tyto nanočástice staly funkčními.
Ing. Michal Babič, oddělení polymerních částic, ÚMCH AV ČR: Správně, Michaele, my právě pomocí těch polymerních obálek, které na těchto nanočásticích připravujeme, dokážeme řídit a kontrolovat chování těchto nanočástic jak v prostředí “in vitro“…
Tereza: … tedy ve zkumavce…
Ing. Michal Babič, oddělení polymerních částic, ÚMCH AV ČR: Výborně,…tak v prostředí “in vivo”.
Tereza: …tedy v živé tkáni, jako je tady náš Michael.
Filip: Vracíme se do Masarykovy nemocnice v Ústí nad Labem. Super-paramagnetické nanočástice se už mezitím soustředily z Michaelovy krve do jeho orgánů s měkkou tkání. Fungují tam jako kontrastní látka. Jaký je tedy výsledek Michaelova vyšetření?
MUDr. Milouš Derner, primář odd. radiologie, Masarykova nemocnice Ústí n. Labem: Jste skutečně zdravý člověk. Snažil jsem se najít nějakou patologii, ale musím říci, že jsem nenašel ani tu nejmenší. Vidíme normálně veliká játra, pravidelné struktury bez jakékoli patologie.
Filip: V pořádku je i Michaelův žlučník a slinivka, ledviny, slezina, ale i břišní aorta a mícha.
Michael: Magnetické nanočástice nejsou užitečné pouze pro diagnostiku v nemocnicích. Umožňují totiž lékařům a vědcům navíc sledovat vývoj léčebného procesu.
Filip: Jednou z prioritních oblastí výzkumu v Ústavu experimentální medicíny Akademie věd jsou kmenové buňky. Současná medicína řadu chorob léčit neumí a právě kmenové buňky jsou nadějí pro perspektivní obor medicíny regenerativní.
Prof. MUDr. Eva Syková, DrSc., ředitelka, Ústav experimentální medicíny AV ČR: My samozřejmě musíme dělat řadu modelů těch onemocnění na zvířatech a ty kmenové buňky potřebujeme nějakým způsobem vidět v těch živých zvířatech. A k tomu používáme právě super-paramagnetické nanočástice, které vpravíme do buněk.
Filip: Kmenové buňky se pěstují ve tkáňových kulturách.
Michael: Stem cells like these are unique in their ability to renew themselves and diversify into a wide range of specialized cell types. Professor Sykova and her team use cells like these to repair damaged neurological pathways.
Tyto kmenové buňky mají jedinečnou schopnost samy se obnovovat a pronikat mezi nejrůznější specializované buňky. Profesorka Syková a její tým používají tyto buňky k opravě poškozených nervových drah.
Filip: Speciální patentované supra-paramagnetické nanočástice z Ústavu makromolekulární chemie, pokryté polymerovou vrstvičkou, se vstřikují do kultury kmenových buněk.
Filip: Buňky tyto částice přibližně do tří dnů pohltí. Vidíte částice uvnitř buňky.Takto označené kmenové buňky se implantují pokusným zvířatům do krevního oběhu. Buňky postupně proniknou do míst s uměle vyvolanou poruchou míchy nebo poškození mozku. Až dosud se postup kmenových buněk a jejich proces opravy nervové tkáně mohl sledovat jedině rozborem tkáně usmrceného zvířete. Použití nanočástic umožnilo pomocí magnetické rezonance v pražském IKEM sledovat pronikání kmenových buněk a hojivý proces v jeho dynamice na živých zvířatech.
Prof. MUDr. Eva Syková, DrSc., ředitelka, Ústav experimentální medicíny AV ČR: Nebo sledujeme, v jaké fázi onemocnění je nejlépe buňky podat, což je velmi důležité, protože potom je to pro nás preklinická studie, kdy to máme podávat i pacientům.
Filip: Výzkumníky z Ústavu experimentální medicíny čeká ještě mnoho práce. Už dnes ale v tomto nadějném oboru regenerativní medicíny připravují spolupráci s ústeckou Masarykovou nemocnicí, která svými odborníky, vybavením i zázemím informačních technologií patří k našim špičkovým centrům klinické péče. Na mnoha místech budou přitom využívat pozoruhodné super-paramagnetické částice z nanosvěta.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough