Nadmolekulární polymerní systémy
Zaměření oddělení
V obecné rovině se oddělení zaměřuje na výzkum supramolekulárních struktur polymerních systémů v roztocích, disperzích i čistých polymerech a procesů jejich samouspořádání. Ve výzkumu jsou využívány poznatky z fyzikální chemie a experimentální fyziky, chemické a syntetické postupy a aplikovány praktické aspekty samouspořádání polymerů. Zvláštní pozornost je věnována procesům komplexace, tvorby micel, nanočástic a gelů. Procesy samouspořádání a výsledné struktury jsou zkoumány na mikroskopické, mesoskopické i makroskopické úrovni. Stále vyvíjíme nové aplikace biokompatibilních a biodegradabilních samouspořádaných polymerních systémů pro biomedicínské použití, a to včetně radioaktivně značených polymerů pro diagnostiku a terapii. Cílem výzkumu je detailní pochopení procesů samouspořádání v systémech polymerů a kopolymerů vedoucích ke vzniku nanostrukturovaných materiálů pro nanotechnologické a biomedicínské aplikace. Mezioborová povaha výzkumu oddělení je odražena i ve složení týmu, kde spolupracují polymerní fyzici se specialisty na organickou a polymerní syntézu, fyzikální chemii a radiochemii.
Výzkum
Oddělení se zaměřuje na čtyři hlavní výzkumné směry:
- Vývoj syntetických procedur pro přípravu funkčních polymerů s požadovanými vlastnostmi.
- Zkoumání vnitřních struktur samouspořádaných polymerních systémů pomocí rozptylových a zobrazovacích metod.
- Syntéza polymerů a návrh nových nanostrukturovaných materiálů, jejich charakterizace instrumentálními fyzikálně-chemickými metodami a tam, kde je to relevantní, také využití radiochemických studií.
- Využití polymerních systémů schopných samouspořádání a rozpadu na základě externí stimulace, jako jsou změny teploty, pH, přítomnost reaktivních forem kyslíku nebo vnitrobuněčných enzymů.
Výzkumné aktivity
SAMOUSPOŘÁDANÉ TRIFILNÍ SYSTÉMY
Krása samouspořádaných supramolekulárních polymerních systémů tkví v širokém spektru přínosů pro různorodé aplikace. Z hlediska samouspořádání jsou velmi zajímavé trojblokové kopolymery, u nichž odlišné povahy jednotlivých bloků mohou vést ke vzniku strukturálních vlastností, které by nebylo možné v nanočásticích dosáhnout jinými způsoby. Trifilní polymery mají hydrofilní, hydrofobní a perfluorované bloky, které jsou vzájemně nemísitelné a zároveň jsou voleny tak, aby měly relevanci pro zvolený aplikační účel. Zaměřili jsme se na trifilní poly(2-oxazolinové) trojblokové kopolymery s vysokým obsahem fluoru s cílem vyvinout kontrastní látky pro medicínské diagnostické neinvazivní zobrazování pomocí fluorové magnetické rezonance (19F MRI). Bylo již prokázáno, že tyto polymery mají velký potenciál pro budoucí vývoj fluorových kontrastních látek pro MRI. Pro syntézu je jednodušším přístupem použití komerčně dostupných perfluoroalkylových prekursorů jako stavebních "bloků". S pomocí tohoto přístupu lze délkou perfluorovaného řetězce řídit vnitřní uspořádání a tvary nanostruktur. Ve vodném prostředí byly již připraveny jednovrstvé a mnohovrstvé vesikuly a také tyčinkovité micely.
KONCEPČNĚ NOVÁ IMUNORADIOTERAPIE ZALOŽENÁ NA TEPLOTNĚ REAKTIVNÍCH POLYMERECH
Vytvořili jsme koncepčně nový immunoradioterapeutický polymerní systém pro léčbu nádorových onemocnění. Naše polymery jsou založeny na přírodním polymeru β-glukanu kopolymerizovaném s pečlivě navrženými teplotně reaktivními polyoxazoliny nesoucími skupiny pro navázání medicinálního terapeutického radioisotopu yttria-90. Takovýto polymer je rozpustný při teplotách nižších, než je teplota lidského těla (37°C), ale ihned po vpichu do nádorové tkáně tvoří samouspořádané brachyterapeutické depo, přičemž radioisotop ihned začíná eliminovat rakovinné buňky. Současně je polymerem spuštěna také rozsáhlá imunitní aktivační reakce v místě depozice polymeru. Samotný polymerní systém nevykazuje žádnou toxicitu, a navíc je charakteristický aktivním vstřebáváním do nádorových buněk a makrofágů, v nichž je lokalizován v lysosomech a makrofagosomech. Po splnění svého účelu je polymerní depo postupně přirozeně degradováno a produkty degradace vyloučeny z těla.
Spolupráce
- 1. lékařská fakulta Univerzity Karlovy, Praha, Česká Republika (skupina Dr. Luďka Šefce, řada sdílených projektů)
- Ústav molekulární a translační medicíny, Olomouc, Česká Republika (skupina Dr. Mariána Hajdúcha, např. mezinárodní infrastruktura EATRIS, MEYS LM2015064)
- Faculty of Medical Sciences, Radboud University, Nijmegen, Nizozemské království (skupina Prof Carl G. Figdor, např. společný projekt H2020 PRECIOUS EU.2.1.2. 686089)
- University of Minnesota, Minneapolis, U.S.A. (skupina Prof. Timothy P. Lodge, např. společný projekt MŠMT LH14079)
- Oslo University and Oslo Radium Hospital, Oslo, Norsko (skupina Prof. Bo Nystrom, např. společný projekt MTBA 7F14009 v rámci EEA Norské fondy)
- University of Hefei, Hefei, Čína (skupina Prof. Chi Wu, např. společný projekt MŠMT LH14292)
- Universidade do ABC, Sao Paolo, Brazílie (skupina Prof. Fernando Giacomelli, např. společný projekt GA ČR - FAPESP 20-15479J)
- Ústav polymérov Slovenské akadémie vied (M. Hrubý – člen vědecké rady, spolupráce se skupinou J. Kronka)
Vybrané publikace
Self-assembled thermoresponsive polymeric nanogels for 19F MR imaging.
Biopolymer strategy for the treatment of Wilson´s disease.
Patenty
M. Hrubý, I. Brezaniová, V. Král : Photoactivable nanoparticles for photodynamic applications, method of their preparation, pharmaceutical composition containing these particles and their use. CZ Patent 307681 (Datum podání: 3. ledna 2019).