LAUREÁTI CEN ČESKÁ HLAVA 2023

Národní cena vlády Česká hlava

Národní cena vlády Česká hlava (dále jen „národní cena vlády“) se uděluje podle ust. § 1 odst. 1 písm.

nařízení vlády č. 71/2013 Sb. o podmínkách pro ocenění výsledků výzkumu, experimentálního vývoje a inovací ze dne 27. února 2013.

Laureát: prof. MUDr. Zuzana Moťovská, Ph.D.

Celoživotní přínos na mezinárodní úrovni v oblasti kardiologie

Zuzana Moťovská je profesorkou vnitřního lékařství Univerzity Karlovy. Vede Divizi akutní kardiologie v Kardiocentru Kardiologické kliniky 3. Lékařské fakulty UK a Fakultní nemocnice Královské Vinohrady v Praze.

Prof. Moťovská je mezinárodně uznávanou odbornicí na kardiovaskulární onemocnění, ischemickou chorobu srdeční, aterotrombózu a aterotrombotickou terapii. Je autorkou a hlavní řešitelkou multicentrických akademických randomizovaných studií ovlivňujících doporučení pro léčbu onemocnění koronárních tepen po celém světě (PRAGUE-8 a PRAGUE-18). Je autorkou a hlavní řešitelkou multicentrické randomizované studie řešící problematiku optimální léčby pacientů s kardiogenním šokem komplikujícím akutní infarkt myokardu, do které řešení se zapojilo 5 zemí v Evropě a USA. Původní výsledky akademického výzkumu vedeného prof. Moťovskou jsou každoročně prezentovány na celosvětově nejprestižnějších kardiologických konferencích. Několikrát byla prof. Moťovská oceněna Českou kardiologickou společností za publikaci s nejvyšším „Impact faktorem“. Je recenzentkou prestižních světových lékařských a kardiologických časopisů. Dalším velkým tématem, kterému se Zuzana Moťovská věnuje, je Female Health, konkrétně vliv ženského pohlaví na prezentaci, diagnostiku, léčbu a prognózu kardiovaskulárních onemocnění.

Zuzana Moťovská působí jako vědecký sekretář České kardiologické společnosti, je členkou předsednictví Akademického senátu Univerzity Karlovy. Mezinárodní význam navržené laureátky je mj. dobře dokumentován členstvím ve Výboru Evropské kardiologické společnosti v nedávných letech a dlouhodobým podílem na organizaci národních a mezinárodních edukačních odborných akcí. Má širokou vědeckou spolupráci s nejprestižnějšími výzkumnými institucemi světa (Harvard Medical School, Mount Sinai Cardiovascular Center New York, Sorbonne University, Heidelberg University ad.).

Cena Zdravotní pojišťovny Ministerstva vnitra, cena Lorem

Cena se uděluje za objev, či mimořádný počin z oblasti zdravotnictví, lékařské péče, farmacie a oborů zabývajících se lidským zdravím, či za původní léčebný postup, a to jak v základním, tak aplikovaném výzkumu.

Laureát:  prof. MUDr. Jan Martínek, Ph.D., AGAF             

Zavedení a ověření účinnosti nových minimálně invazivních způsoby léčby onemocnění jícnu a žaludku

Achalázie je onemocnění jícnu, kdy pacienti nemohou polykat, protože na konci jícnu je sval, který je příliš stažený. Gastroparéza je onemocnění, kdy se pacienti nemohou normálně najíst a žaludek se vyprazdňuje velmi pomalu. Pacienti často zvrací, mají po jídle nepříjemný až nesnesitelný pocit plnosti a žaludek není schopen tolerovat normální množství jídla. I u této nemoci je jedním z faktorů příliš sevřený sval na konci žaludku, díky kterému nemůže jídlo žaludek přirozeně opustit. Obě nemoci výrazně zhoršují kvalitu života a mohou mít i vážné následky.

Endoskopie (vyšetření zevnitř) může v současné době nabídnout účinnou miniinvazivní léčbu obou onemocnění bez nutnosti tradičního operačního (laparoskopického) přístupu. Díky využití tzv. třetího prostoru v trávící trubici, což je vlastní stěna jícnu nebo žaludku, se endoskop skrze ústa dostane ke spastickým svalům a může jejich stah uvolnit tím, že se tyto svaly naříznou – sval jícnu v případě achalázie a sval žaludku v případě gastroparézy. Tyto zákroky se jmenují POEM (per-orální = ústy, endoskopická = bez jizev, myotomie = naříznutí svalu) a G-POEM (= totéž v žaludku).

POEM byl prvně v České republice proveden v r. 2012 v pražském IKEM a od té doby toto pracoviště provedlo téměř 600 zákroků. Profesor Martínek byl tím, který u nás první POEM provedl a naučil jej i další endoskopisty, kteří jej nejenom v České republice provádí. IKEM byl i jedním z nejdůležitějších center mezinárodní studie, která zjišťovala, zda je POEM stejně účinný jako do té doby tradiční operační (= skrze kůži) přístup. Výsledek studie potvrdil, že oba přístupy jsou v léčbě achalázie stejně účinné. G-POEM (žaludeční zákrok) byl v pražském IKEM proveden prvně v r. 2015 a prof. Martínek provedl první G-POEM i na Slovensku, Velké Británii či Rumunsku a pomáhal s jejím zavedením i v Německu. G-POEM se v rámci České republiky provádí pouze v IKEM a celkem bylo prozatím provedeno 65 zákroků. 

U G-POEM nebylo však donedávna jasné, zda jde o metodu, která pacientům s gastroparézou opravdu pomáhá. Právě v IKEM byla provedena studie, která jako první na světě prokázala, že G-POEM přináší zlepšení potíží u 71% pacientů (což je více, než účinnost tzv. sham = placebo – zákroku, kde byla účinnost 22%). Díky tomu metoda G-POEM přestala být experimentální a začala být považována za metodu, kterou lze nabídnou pacientům trpícím těžkou gastroparézou.

Profesor Martínek v České republice zavedl obě výše uvedené metody, které revolučním minimálně invazivním přístupem „zevnitř“ dokáží pomoci pacientům s poruchou polykání a s poruchou funkce žaludku. Dále byl hlavním řešitelem studie, která jako první prokázala účinnost této operace v žaludku a byl spoluautorem studie, která prokázala, že nová endoskopická metoda je minimálně stejně účinná jako tradiční operační (laparoskopie) léčba u poruchy polykání v jícnu. 

Cena společnosti ABB, cena Invence

Cena se uděluje za objev či mimořádný počin uskutečněný v posledních několika letech v oblasti základního nebo aplikovaného výzkumu, či za technologickou inovaci s přihlédnutím k perspektivě využitelnosti v praxi.

Laureát: prof. Mgr. Jiří Macháček, Ph.D.      

Prof. Jiří Macháček patří k předním odborníkům v oblasti raně středověké archeologie, archeologické metodologie a počítačové podpory. Věnuje se počátkům slovanského osídlení našich zemí a Velké Moravě – nejen jejímu vzniku a rozmachu, ale i dosud nevysvětlenému kolapsu. Jako jeden z prvních zaváděl informační technologie do humanitních věd. Již v roce 2000 založil konferenci Počítačová podpora v archeologii a začal tento obor vyučovat na našich vysokých školách. Za svou pionýrskou práci byl dvakrát oceněn americkou softwarovou firmou Integraph (The Intergraph Best Practices Awards). Pod jeho vedením se Ústav archeologie a muzeologie FF MU stal jedním z nejúspěšnějších univerzitních pracovišť v zemi, které se v mezinárodních oborových žebříčcích pohybuje mezi 150. (2019) a 230. (2022) místem na světě (QS World University Rankings by Subject: Archaeology), tzn. vysoce nad běžným národním standardem. Nejvýznamnější vědecký objev, který on a jeho tým učinil, vyvolal celosvětovou pozornost. Na jihomoravské lokalitě Lány odkryl doklady o prvním kontaktu lidí slovanského způsobu života s písmem. Překvapivě se jednalo o germánské runy, které byly vyryty na zvířecím žebru. Tento unikátní artefakt byl dokumentován a validován pomocí kombinace různých metod: tafonomie s mikroskopií SEM, radiokarbonovou metodou i analýzou zvířecí aDNA, čímž byl vytvořen nový standard pro výzkum runových textů. Nález je prvním nápisem staršího futharku (runové abecedy) objeveným v jiném než germánském kontextu, což naznačuje, že se předkové slovansky mluvících obyvatel střední Evropy setkali s písmem mnohem dříve, než se myslelo. Objev publikoval pod vedením J. Macháčka mezinárodní tým tvořený vědci z České republiky, Švýcarska, Rakouska a Austrálie v předním světovém časopise Journal of Archaeological Science

Runová kost z Lánů byla v médiích prezentována jako jeden z hlavních archeologických objevů roku 2021.

Cena společnosti CSG, cena Industrie

Cena se uděluje za nejvýznamnější výrobkovou nebo technologickou inovaci, která vznikla na území České republiky v posledních několika letech na základě vlastního výzkumu či ve spolupráci s výzkumnou organizací.

Laureát: ŠKODA Digital, člen skupiny ŠKODA Group

Cílem výzkumu Škody Group bylo vyvinutí antikolizního systému tramvají, který by minimalizoval krizové situace, ve kterých by hrozil střet s jinými objekty na trati. Hlavní důraz je kladen na předcházení kolizím s velkými objekty, minimalizaci škod na zdraví pasažérů a velkých ekonomických škod.

Nový antikolizní systém Škoda Group vytvoří před tramvají virtuální tunel, ve kterém detekuje všechny statické i dynamické překážky a v případě, že nějakou zachytí, upozorní řidiče a aktivuje záchrannou brzdu. Celé okolí pozoruje senzorická sada, ve které se nachází LiDAR (měření pomocí laserového paprsku), IMU jednotka (Inerciální jednotka – elektronické zařízení, které pomocí kombinace gyroskopů a akcelerátorů podává informace o zrychlení a orientaci v prostoru) a kamera. LiDAR je zodpovědný za 3D mapování okolí v dosahu 100–150 m, a to v horizontálním i vertikálním zorném poli. IMU jednotka dává do systému informace o naklonění vozidla a pomáhá tedy tomu, že výstup senzorů antikolizního systém je srovnaný dle profilu trati. Kamera poskytuje 2D snímky ve vysokém rozlišení, které zachytí více detailů.

Antikolizní systém je možné doplnit i o další funkce, a tím ho přizpůsobit na míru požadavkům jednotlivých zákazníků. Jednou z možností je například přizpůsobení signalizace pro řidiče tak, že její zvuk bude záviset na závažnosti hrozící kolize apod.

Antikolizní systém je nyní možné nasazovat na stávající flotilu dopravních podniků. Zároveň Škoda Group spolupracuje s dalšími společnostmi v rámci skupiny PPF, Západočeskou univerzitou a Českým vysokým učením technickým na vývoji první autonomní tramvaje, jejíž zkušební provoz by měl započít v horizontu několika let na uzavřeném okruhu v Plzni. Vývoj antikolizního systému tak bude pokračovat dál směrem k realizaci tramvaje budoucnosti.

Cena Doctorandus za technické vědy

Cena se uděluje za inovativní přístup, nejvýraznější počin, odbornou nebo vědeckou činnost studenta doktorského studijního programu, především v oblasti inženýrství, biotechnologie, systémového inženýrství a kybernetiky s přihlédnutím k perspektivám jeho využitelnosti v praxi.

Laureát: Ing. Barbora Kamenická, Ph.D.

Nekonvenční postupy odstraňování problematických polutantů z odpadních vod

S narůstajícím rozvojem průmyslu vzrůstá i množství problematických a nebezpečných chemikálií, které se v souvislosti s lidskou činností vyskytují ve vodách. Mezi ně lze zařadit i halogenované organické sloučeniny, které jsou široce používány jako léčiva, pesticidy či textilní barviva. Obecně jsou to látky biologicky aktivní, v životním prostředí obtížně odbouratelné, případně bioakumulativní. Od počátku 21. století je proto stále intenzivněji kladen důraz na odstraňování těchto znečišťujících látek (tzv. polutantů) z odpadních vod. Technologické procesy omezující přítomnost a vypouštění těchto polutantů do životního prostředí by měly současně splňovat podmínky co nejúčinnějšího čištění vod, a to za minimální cenu.

Práce Barbory Kamenické je zaměřena právě na vývoj a optimalizaci nových a ekonomicky přijatelných postupů odstraňování zmiňovaných problematických polutantů tak, aby v procesech čištění vod nebyly vytvářeny jiné odpady – tedy v duchu cirkulární ekonomiky.

Velmi často používanou metodou efektivního odstraňování studovaných polutantů z vod je využití adsorpce na aktivní uhlí, které je však poměrně drahým materiálem. Barbora Kamenická proto ověřila účinnou separaci vybraných halogenovaných organických sloučenin na výrazně levnější alternativní uhlíkatý adsorbent, jakým je tzv. biochar (biouhel) získávaný nízkoteplotní pyrolýzou z odpadní biomasy. Tento materiál připomíná dřevěné uhlí. Aby bylo dosaženo účinnosti čištění srovnatelné s drahým aktivním uhlím, Barbora Kamenická optimalizovala efektivní metodu impregnace biocharu pomocí levných a snadno dostupných tzv. iontových kapalin na bázi kvartérních amoniových solí. V rámci své vědecké práce popsala vztah mezi strukturou a separační schopností testovaných iontových kapalin. Barbora Kamenická prokázala, že uvedená separační metoda založená na současné aplikaci biocharu a iontových kapalin umožňuje efektivní a ekonomicky nenáročné řešení, jak v první řadě naložit s velkými objemy odpadních vod obsahujících nebezpečné chemikálie.

Poté, kdy dojde k úplnému opotřebení/vyčerpání adsorbentu, je nutné provést jeho regeneraci, která produkuje regenerovaný adsorbent, ale i na adsorbent původně zachycené halogenované organické sloučeniny. Tyto získané chemikálie v podobě vodných roztoků Barbora Kamenická v rámci dalšího výzkumu podrobila rozkladným chemickým procesům. Protože konvenční metody chemických rozkladů založených na oxidačních procesech vyžadují velké přebytky drahých oxidačních činidel, byla využita metoda redukční. Ta umožňuje snadnou přeměnu problematických halogenovaných sloučenin na produkty, které nejsou halogenované a jsou v životním prostředí snadno odbouratelné, a to i s využitím mikroorganismů v běžných čistírnách odpadních vod. Z porovnání několika redukčních systémů vyplývá, že největší schopnost přeměny halogenovaných sloučenin na biologicky snadno rozložitelné dehalogenované produkty vykazují systémy na bázi hliníkových slitin s ušlechtilým kovem (např. niklem nebo mědí) jako hydrodehalogenačním katalyzátorem. Tyto tzv.  hydrodehalogenační reakce probíhají jen s malým přebytkem zmiňovaných slitin za laboratorní teploty a atmosférického tlaku v řádu několika hodin.

Protože možnosti zhodnocení a recyklace vznikajících odpadů v procesech čištění odpadních vod v duchu oběhového hospodářství je velmi důležitým pilířem těchto procesů, Barbora Kamenická navíc úspěšně ověřila jednoduchou regeneraci vyčerpaných adsorbentů pomocí iontových kapalin, regeneraci a opětovné využití použitých iontových kapalin pomocí chemické redukce či recyklaci deaktivovaného niklu používaného jako katalyzátor pro hydrodehalogenační reakce.

Celý výzkum, sestávající z uzavřeného cyklu na sebe navazujících kroků separace a degradace problematických halogenovaných polutantů z vod včetně recyklace v těchto procesech vznikajících odpadních proudů, umožnil vyvinout efektivní a ekonomicky přijatelný proces čištění odpadních vod disponující potenciálem využití v praxi.

Cena společnosti Veolia, cena Doctorandus za přírodní vědy

Cena se uděluje za inovativní přístup, nejvýraznější počin, odbornou nebo vědeckou činnost studenta doktorského studijního programu, obzvláště pak v matematice, fyzice, chemii, biologii a medicíně.

Laureát: RNDr. Martin Toul, Ph.D.

Jakým mechanismem fungují enzymy na molekulární úrovni a jaké jsou jejich největší limitace? A jak se dá těchto znalostí využít pro jejich zdokonalení a praktické využití v průmyslu či medicíně? Na tyto otázky ve svém výzkumu odpovídal Martin Toul z Loschmidtových laboratoří Masarykovy univerzity.

Enzymy, molekulární stroje s katalytickou aktivitou, hrají klíčovou roli ve všech živých buňkách, kde zajišťují životu nezbytné chemické přeměny, jako je třeba trávení potravy, dýchání, nebo svalová kontrakce. V dnešní době nacházejí enzymy široké uplatnění i v biotechnologiích, kde syntetizují čistá léčiva, jsou součástí pracích prášků, či slouží jako biosenzory a moderní léčiva. Efektivita enzymů je však často daleko od očekávaného optima průmyslových a medicínských aplikací, což snižuje jejich účinnost a ještě širší uplatnění. Martin Toul se ve svém výzkumu pod vedením prof. Zbyňka Prokopa a prof. Jiřího Damborského věnoval podrobné charakterizaci enzymů a odhalováním molekulární podstaty jejich neefektivnosti a limitací. Díky této znalosti bylo možné enzymy následně zdokonalovat pomocí tzv. proteinového inženýrství, a tím čelit všem zmíněným palčivým problémům.

Jedním z biologických systémů, jehož detailní analýze se Martin Toul věnoval, je protein staphylokinasa, potenciální léčivo proti cévní mozkové příhodě. Z důvodu složité regulace a komplexního fungování na molekulární úrovni byl mechanismus tohoto proteinu ve vědecké komunitě doposud příliš zjednodušován. Podrobná analýza Martina Toula umožnila popis rozšířeného realistického mechanismu staphylokinasy a odhalila limitující krok, který dramaticky omezuje využití plného potenciálu tohoto trombolytika. Nově identifikovaná limitace způsobuje, že pouhá jedna z deseti tisíc molekul staphylokinasy je aktivována a schopna se účastnit rozpouštění krevních sraženin při mozkové mrtvici. Díky této znalosti je nyní možné budoucí úpravy staphylokinasy přesně zacílit tak, aby v ideálním případě došlo k aktivaci všech molekul, a trombolytická léčba tak byla až deset tisíckrát účinnější. Zásadním zjištěním Martina Toula se otevírá nový prostor pro vývoj terapeutik, které budou o několik řádů efektivnější než aktuální léčivo.

Kromě klinického výzkumu Martin Toul uplatňoval svoji expertízu taktéž na biotechnologicky zajímavé systémy. Jedním z příkladů je enzym luciferasa z mořského žahavce Renilla reniformis. Enzym je schopný tzv. bioluminiscence, tedy produkce světla, podobně jako tomu je u světlušek. Tohoto jevu se hojně využívá v základním výzkumu, ale i diagnostických laboratořích, kde je tato produkce světla vhodně spřažena s jiným biologickým procesem, který by byl jinak „neviditelný“ bez možnosti detekce. Svými experimenty se Martin Toul podílel na vývoji nových upravených variant luciferas se zdokonalenými vlastnostmi. Nejzásadnějším úspěchem byla konstrukce enzymu se stonásobně prodlouženou svítivostí oproti rychlému „záblesku“ původní luciferasy. Udržení stabilního neklesajícího světelného signálu je velmi důležité pro vědeckou a diagnostickou praxi, např. při využití luciferasy jako sondy pro dlouhodobé zobrazovací techniky. Kromě toho se však tímto výsledkem taktéž otevírají dveře pro budoucí vývoj alternativního udržitelného zdroje svícení, který bude šetrný k životnímu prostředí a plně obnovitelný.

Mimořádná cena poroty

Laureát: Mgr. Tomáš Brabec, Ph.D.

Naše střevo obsahuje obrovské množství nejrůznějších střevních bakterií a jiných mikroorganizmů. Tyto organizmy jsou pro nás velmi prospěšné, jelikož nám pomáhají s trávením potravy, chrání nás před nebezpečnými infekcemi a cvičí náš imunitní systém. Abychom mohli s těmito mikroorganizmy harmonicky spolupracovat je však nutné, aby je náš imunitní systém neustále kontroloval. Pokud tato kontrola selže, může dojít k rozvoji závažných zánětlivých onemocnění, jako je Crohnova choroba. Toto onemocnění je doprovázeno zvýšenou produkcí zánětlivých molekul, jako je například interleukin 17, které jsou tvořeny imunitním systémem. U těchto molekul se předpokládalo, že způsobují projevy choroby. Bylo tedy obrovské překvapení, že blokace této molekuly Crohnovu chorobu neléčilo, ale naopak její průběh zhoršovalo.

Výzkum Tomáše Brabce si kladl za cíl vysvětlit tento paradox. Základní zvrat přišel, když si uvědomil, že interleukin 17 se může účastnit právě kontroly střevních mikroorganizmů. Nebylo však jasné, jak to dělá. Tomáš Brabec prokázal, že za to jsou zodpovědné právě Panetovy buňky. Tyto speciální střevní buňky funguji jako továrna na antimikrobiální peptidy, molekuly, které se dají přirovnat k takovým přirozeným antibiotikům.  Studie Tomáše Brabce dokázala, že právě Panetovy buňky přímo vnímají interleukin 17 a následně zajišťují kontrolu střevních bakterií. A přesně tento mechanismus pak zabraňuje zánětlivým onemocněním střev. Pokud ale Panetovy buňky nedostanou tento signál od imunitního systému, vytváří se prostor pro vznik onemocnění.

Objev tohoto mechanismu dává prostor pro výzkum vhodných prostředků pro léčbu zánětlivých onemocnění střev. (24.11.2023)