K chemickým robotům jsem se dostal přes prací prášky

Grantová agentura ČR vyhlásila v loňském roce poprvé v historii novou, prestižní kategorii excelentních projektů s názvem EXPRO. Mimořádnou finanční podporu ve výši 2 milionů eur na pět let získala hned dvojice zástupců z VŠCHT Praha. Kromě docenta Zdeňka Sofera, bude moci uvést svou vizi do života také profesor František Štěpánek, mimo jiné první český držitel ERC grantu. Jeho nový projekt se jmenuje Robotický nanolékárník: Výrobní procesy budoucnosti pro personalizovaná terapeutika a slibuje revoluci, s jejímiž pozitivními důsledky by se mohl v budoucnu setkávat každý, kdo bude nucen užívat více medikamentů najednou.

Můžete detailněji přiblížit, o co v projektu budete usilovat?

Chceme spojit svět tradiční farmacie, v němž lékárník připravoval mastičky a směsi bylinek pacientům na míru, se světem současné industriální farmacie, který umožňuje automatizovat a hromadně vyrábět léčiva v definované čistotě a jakosti. Hlavní motivací je takzvaná personalizovaná medicína, tedy snaha o to, aby léčiva mohla být formulována každému pacientovi na míru včetně kombinací vícero účinných látek v dávkách a uvolňovacích profilech, které jsou pro daného pacienta potřeba. Lidé, a stále více i lidé mladí, berou často přes den několik pilulek. Musí je různě půlit, čtvrtit, a při tom nastávají chyby. Výsledek je takový, že v USA je 10% hospitalizací způsobeno nesprávným užitím léčiv. Kromě ohrožení zdraví jsou problémem i enormní ekonomické ztráty, zhruba v hodnotě HDP České republiky.

Jak moc se dá počet užívaných prášků zredukovat?

Ideální vizí projektu je jedna pilulka denně, kdy o vše ostatní se postará formulace na mikro a nanoúrovni tak, aby se různé účinné látky uvolňovaly v požadovaném množství a pořadí a nedocházelo k nežádoucím interakcím a účinkům.

Je tato ambice v reálném světě vůbec realizovatelná?

Projekt je samozřejmě zaměřen vědecky, soustředíme se na vytvoření technologie. Nicméně naše celková vize je s ohledem na vývoj zdravotnických systémů a aplikací založena na očekávání, že se na jednom místě sejdou všechny dostupné informace o pacientovi včetně toho, jaké prášky a proč by měl brát. Software na bázi umělé inteligence zkontroluje, zda nejsou jednotlivé účinné látky v kontraindikaci, a vznikne požadavek na specifickou kombinaci. Jednotlivé farmaceutické firmy, větší lékárny nebo klidně i nějaký nový, zatím neexistující sektor byznysu zajistí pomocí naší automatizovatelné technologie vlastní výrobu. Výsledná šarže léku projde kontrolou jakosti a bude jí menší množství s ohledem na dobu, na kterou se dá predikovat, že se požadavek na léčebný postup nezmění. 

Jak už u vás bývá pravidlem, jde o multioborový projekt. S kým budete na jeho provedení spolupracovat?

Jsme jediným žadatelem, ale počítáme s mezinárodní spoluprací, což bylo ostatně i jedno z hodnotících kritérií pro udělení grantu. Prvním pracovištěm bude Imperial College v Londýně, kde působím jako hostující profesor a s níž dlouhodobě spolupracujeme. Dále počítáme s kooperací s New Jersey Institute of Technology a Rutgers University, kde jsou velmi silné skupiny, které se zabývají industriální farmacií a matematickým modelováním. Pro mě osobně je také velmi důležité, že mají napojení na farmaceutické firmy amerického původu, což by společně s naším napojením na Zentivu mělo zaručit silnou zpětnou vazbu, zda technologie, které vyvíjíme, jsou reálně přenositelné do praxe.

Využijete při konstrukci robotického nanolékarníka znalosti a zkušenosti, které jste nasbíral během řešení ERC grantu?

Rozhodně. Společným jmenovatelem obou projektů je otázka enkapsulace, čili zapouzdření a řízeného uvolňování látek. V tom nás předešlý ERC grant hodně posunul, osahali jsme si různé enkapsulační metody, našli systém, jak rozhodnout, která metoda je vhodná pro danou látku, a definovali mnoho dalších důležitých parametrů, na nichž budeme nyní stavět. Jedním z předpokladů, aby mohlo být více účinných látek pohromadě v jedné pilulce, totiž je, aby během skladování nedocházelo k jejich nežádoucí interakci, čili aby byly zapouzdřeny. Druhou nezbytností je – pokud chceme, aby se jedna látka vyloučila v žaludku, druhá ve střevě, třetí před obědem a podobně –, aby látky byly enkapsulovány tak, že konkrétní stimul, třeba změna pH nebo kontakt s enzymem, vyvolá otevření kapsulky a vyloučení látky.

Řešíte i cílený pohyb chemických robotů v těle pacientů?

V rámci řešení ERC grantu jsem dospěl k názoru, že nemá smysl bojovat proti hydrodynamice krevního řečiště ani s Brownovým pohybem, což je dominantní síla pro objekty menší než jeden mikrometr. Přistupujeme k tomu tak, že se nesnažíme o aktivní pohyb ve smyslu nějakých motůrků. Necháváme to na přírodě a soustředíme se na řízení adheze, to znamená, aby byl povrch robůtků upraven tak, že když narazí na cílovou tkáň, dojde ke specifické interakci a vzniklá vazebná síla bude vyšší než hydrodynamická síla proudící tekutiny, která se snaží robůtka odtrhnout pryč.

Vzpomenete si ještě, jak jste se k tématu chemických robotů a enkapsulace dostal?

Paradoxně přes prací prášky. Po dokončení doktorského studia v Paříži jsem nastoupil do vývojového centra firmy Unilever, která má divizi spotřební chemie a vyrábí mimo jiné prací prášky. Prací prášek, jakkoli se to na první pohled nezdá, je poměrně sofistikovaný produkt. Jednotlivé účinné látky se z něj musí vylučovat sekvenčně, aby se vzájemně „nepožíraly“, také v závislosti na parametrech prostředí, jako je teplota vody nebo fáze pracího cyklu. Tam někde se zrodily první myšlenky, ale na jejich rozvinutí jsem si musel počkat. Obchodní marže je v tomto spotřebitelském segmentu omezená, protože zákazník je ochoten zaplatit pouze určitou sumu peněz. Není tedy prostor na nějaké sofistikované technologie. Postupně jsem se ale dostal k farmaceutickým tématům, kde už byly marže vyšší, a mohl jsem se pustit do složitějších technologických nápadů. Tam jsem se dostal k tématům enkapsulace a lokální syntézy účinných látek.

Podpora GAČR je v kategorii excelentních projektů EXPRO na české poměry mimořádná – dva miliony eur na pět let. Co to pro vaši výzkumnou skupinu znamená?

Jedná se o největší individuální grant, který jsem získal. Podpora je dokonce větší, než zmiňovaný ERC grant. Rovnat se jí nemohou ani privátní kontrakty, jež jsem měl po skončení ERC grantu. Pro mě osobně je největší přínos v konsolidaci, tedy že nebudu muset skládat finance pro skupinu z šesti sedmi menších grantů, ale kromě EXPRA mi postačí granty dva nebo tři. Když se vám rozroste skupina jako mně (6 vědeckých pracovníků na postdoc úrovni, 16 PhD studentů a 25 bakalářských a magisterských studentů – pozn. red.), peníze se sehnat dají, ale musíte neustále psát velký počet grantových žádostí a při úspěšnosti 20 % nemáte jistotu, co vyjde a co ne. K tomu připočtěte obsluhu získaných projektů spočívající v neustálém hlídání, zda mohu určitou věc zaplatit z toho nebo onoho projektu, v psaní průběžných hodnotících zpráv a podobně, což je hodně velká a nezábavná zátěž. Teď mám možnost si dlouhodoběji plánovat vědecké cíle a od administrativy si trochu ulevit.

Zmínil jste privátní zdroje financování. Kromě Zentivy, o které už byla řeč, jste měl také velký kontrakt s firmou Sotio. Liší se nějak práce na projektu pro veřejné zadavatele a pro soukromé firmy?

Záleží na tom, o jaký typ spolupráce se jedná. S komerčními subjekty se snažím stavět spolupráci na řešení dlouhodobých strategických problémů, takže se to práci na grantech podobá, protože výsledky se nečekají za tři měsíce. Platí ovšem, že spolupráci s firmou provází větší flexibilita, mnohem častější interakce a výrazně snazší změny ve směřování projektu, když se nějaké původní předpoklady ukážou jako nepříliš funkční.

Necítíte ze strany firem větší tlak na výsledek?

Já si největší tlak vytvářím na sebe sám. Chci vždycky odvést práci, jak nejlépe umím, bez ohledu na to, kdo je zadavatel.

Proč je pro vás důležité kombinovat svět akademického výzkumu s reálnou praxí?

Nikdy jsem se jednoznačně neviděl jen v akademické sféře. Obě prostředí jsou pro mě přitažlivá, mají svá specifika. A chci, aby moji studenti viděli oba světy a mohli se kvalifikovaně rozhodnout, kde chtějí pracovat. To je jedna motivace. Vždycky mě také zajímaly praktické problémy, které vnímám jako inspiraci pro základní výzkum. Zajímavé je, že pro byznysové prostředí je spolupráce s akademiky někdy jediným způsobem, jak uchovat kontinuitu výzkumu, když firma prochází turbulentním obdobím redukcí a fluktuací. V Unileveru svého času třeba přenesli důležité výzkumné téma na kolegy z Imperial College, financovali jej, a když se situace na trhu uklidnila, vrátili ho zase zpět pod křídla svého vývojového centra.

V minulosti jste v jednom z rozhovorů zmiňoval, že zvažujete založení spin-off společnosti, která by uváděla výsledky vašeho výzkumu do praxe. Už máte nové IČO?

Je to věc, kterou mám pořád někde na pozadí. Založení spin-off společnosti má mnoho výhod, ale pro mě momentálně jednu zásadní nevýhodu, a tou je čas. Toho musíte mít opravdu hodně a mně se ho, bohužel, nedostává. V současné době mi přijde efektivnější způsob transferu poznatků do reálného života formou spolupráce s existujícími etablovanými firmami, které mají vyřešené legislativní otázky a byznysové know-how. Další variantou je angažmá výzkumníků, kteří vyjdou z mé skupiny, v průmyslových podnicích, kde rozvíjí naše dílčí témata dál.

Během studií i po jejich dokončení jste žil v Londýně. Stýská se vám po něčem?

Často tam jezdím, takže vyloženě něco specifického nepostrádám. Líbí se mi, že v Londýně se schází lidi, kteří přijeli z celého světa. Hodně se navzájem podporují a je tam cítit přátelská atmosféra. Velmi živě tam funguje akademický étos, kdy se na večeři nebo u kávy bavíte s lidmi z jiného oddělení o nápadech a druhý den se sejdete v laborce, abyste vyzkoušeli, jestli ten nápad funguje. A to celé bez ohledu na organizační strukturu nebo grantová schémata.

Před časem jste na sebe prozradil, že si v týdenním rozvrhu pravidelně vytváříte prostor pro nerušené sledování odborné literatury. Pořád to platí?

Čas si pro články stále alokuju. Už asi ne tak systematicky jako dřív, ale vždy mám v týdnu okno, kdy zamknu dveře, nezvedám telefon, nečtu maily a studuju, co je nového. Často se taky stane, že po studentovi koriguju nějaký článek a spontánně si pročítám odkazy, které mě zaujmou. Považuji za důležité, aby člověk neopakoval věci, které už někdo jiný udělal, a aby měl přehled, kdo na podobných tématech pracuje. Rád také brouzdám časopisy jen tak a inspiruji se nápady z úplně jiných oblastí vědy.

Další oblastí, které evidentně musíte věnovat hodně času, je triatlon. Přesněji tedy Ironman, triatlonový závod na extrémní vzdálenost. Kdy vás uvidíme na Havaji, kde se každoročně koná mistrovství světa v této královské disciplíně?

Shodou okolností se můžu pochlubit velkou novinkou, podařilo se mi získat místo na startovní listině amatérské kategorie tohoto závodu, a to na podzim roku 2020.

Povedlo se vám dokončit už přes 14 Ironmanů, což je samo o sobě obdivuhodné. Kdy zvládáte trénovat na závod, který čítá 3,8 kilometrů plavání, 180 kilometrů na kole a jako bonus na závěr běžecký maraton?

Pro triatlon je typické, že člověk má pocit, že nikdy není v optimálním vyladění pro ty tři různé disciplíny. A pro mě je největší výzva, abych v omezeném čase našel tréninkové optimum, které mi umožní Ironmana absolvovat. Pravidelně trénuju plavání, dvakrát týdně máme s trenérkou pronajatou dráhu v bazénu. Kolo a běh zařazuju podle toho, jak mi okolnosti umožní.

Funguje pro vás triatlon jako kompenzace pracovního nasazení, v němž hraje hlavní roli hlava?

Roli duševní hygieny obstará sport bezvadně. Zapomenu rychle na to špatné, co se mi v práci nepovedlo, pak chvíli nemyslím vůbec na nic, a pak najednou začnou vyskakovat nápady, které jsou pozitivní a vědecké a které následně třeba přetvořím do grantové žádosti.

Sport často bývá vyzdvihován jako činnost, která člověka naučí disciplíně a vůli, což jsou mimo jiné součásti nezbytné výbavy úspěšných vědců. Hrál formující roli i u vás, nebo jste k němu přičichl až později?

U mě je to tak, že byl sport první. Seriózně jsem se mu začal věnovat od páté třídy, kdy jsem chodil na sportovní školu. Kromě disciplíny a vůle bych vyzdvihl ještě jednu pozitivní věc spojenou se sportem, a sice, že vás naučí nehroutit se z dílčích neúspěchů. Mně v životě nevyšla spousta grantů, i když jsem si myslel, že jsou to nejlepší nápady, co jsem kdy vymyslel. Ale tak to prostě chodí, člověk někdy vyhraje, někdy prohraje a jede se dál. U některých kolegů si všímám, že se neúspěchem dlouho trápí a neumí ho snadno hodit za hlavu, což je brzdí v další práci.

Co dává sport vědě, už tedy víme. Co naopak dává věda vašemu sportovnímu výkonu?

Rád si čtu o výživě, metabolismu, biomechanice. Ale i o materiálech. On ten sportovní materiál celkem odráží aktuální trendy ve výzkumu. Je tam i dost chemie, ať už se budeme bavit o koeficientu tření mezi galuskou a asfaltem nebo o hydrofobních materiálech pro plavání.

Zdroj: VŠCHT