Pavel Pořízka: Díky juniorskému grantu jsme získali nové projekty i zahraniční spolupráci

Docent Pavel Pořízka je součástí výzkumné skupiny prof. Kaisera Pokročilé instrumentace a metody pro charakterizace materiálů na CEITEC VUT. I když se výzkumníci zaměřují nejvíce na vývoj instrumentace a metodiky ve spolupráci s průmyslem, v poslední době i díky juniorskému grantu začali oťukávat aplikace v biologii. V projektu financovaném GAČR s názvem Procesy laserové ablace měkkých tkání a následného vývoje laserem buzeného plazmatu se Pořízka a jeho tým zaměřil na analýzu měkkých tkání pomocí metody LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, tedy česky Spektroskopie laserem buzeného plazmatu).

Ukončený projekt byl hodnocený jako vynikající, jednalo se zároveň o váš první grant, který jste vedl. Můžete nám k tomu říct víc?

To bylo v rámci programu, o kterém jsem rád, že mohu mluvit, a jehož jsem byl úspěšným žadatelem. Je dobré, že grantové agentury poskytují individuální výzvy pro mladé začínající vědce a vědkyně a dávají jim možnost zúčastnit se grantové soutěže, a získat tak cenné zkušenosti s vedením větších projektů. Grant, o kterém se bavíme, byl vyhlášený Grantovou agenturou České republiky v soutěži GAČR JUNIOR (postupně se transformoval do větší výzvy JUNIOR STAR). Je to v podstatě finanční podpora pro začínající vědce a vědkyně. Podmínkou o žádost pro tento grant byla dlouhodobá stáž v zahraničí, a proto jsem vyjel na University of Florida v rámci grantu Fulbright.

Díky juniorskému grantu jsem měl možnost vytvořit svůj vlastní tým, který byl zaměřený pouze na analýzu biologických vzorků, a být jeho hlavním řešitelem. Do té doby jsem byl především spoluřešitelem grantů v rámci naší výzkumné skupiny. Jako v případě předcházejícího grantu kolegyně Pavlíny Modlitbové, kdy se jednalo opět o grant pro mladé výzkumníky, TAČR – program ZÉTA. Tento grant se sice zaměřoval především na aplikovaný výzkum, ale opět v oblasti biologie.

V čem vidíte největší výhodu těchto programů, které podporují vědce a vědkyně na začátku jejich kariéry?

Díky nim se kariéra doslova nastartuje. Většinou platí, že když člověk neměl grant a nebyl hlavním řešitelem, má malou šanci získat grant, což vytváří jakýsi začarovaný kruh. Tyto programy by měly narušit tento ustálený systém, a já jsem rád, že to tak funguje. Pokud nyní dojde k ještě intenzivnějšímu financování grantů pro začínající vědce a především vědkyně, bude to jen dobře. Díky tomuto programu jsme získali navazující granty, které nám pomohly vstoupit do dalších vědeckých oblastí. Je to opravdu skvělá pomocná ruka na začátku kariéry.

Jak funguje proces výběru vítězných projektů?

Prakticky to je standardní postup. Projekt je hodnocený panelem GAČR, kde se k němu vyjádří komise a oponenti, kteří k němu dají své stanovisko. Jenom není zařazený do běžného cyklu GAČR se standardními projekty, ale je posuzovaný mimo něj. Díky tomu je projekt hodnocený nezávisle na dalších projektových přihláškách, které podávají zkušení vědci s „lepším“ životopisem. Z pohledu GAČR byl dlouho zásadní H-index, ale to už se také mění. Na začátku kariéry má člověk slabší životopis, a když má soupeřit s někým, kdo má za sebou úspěšnou dvacetiletou vědeckou praxi a již v minulosti obdržel několik výzkumných grantů, tak se jen těžko prosazuje.

Proč vás lákaly biologické aplikace?

Po návratu ze zahraniční stáže, kterou jsem absolvoval v rámci doktorského studia na VUT, jsme začali v naší výzkumné skupině více formovat nejenom vývoj instrumentace, který tady byl historicky silný, ale také možné aplikace. Pro nás byl tento směr zajímavý hned z několika důvodů. Nejzásadnějším faktorem bylo, že se jednalo o téma, které mě osobně zajímalo, a to zejména z hlediska náročnosti analýzy samotného vzorku, interpretace dat a optimalizace parametrů měřicí sestavy. Také to bylo něco, co nás posunulo v rámci spolupráce směrem k vývojové biologii, časem možná i klinickému výzkumu. Díky tomu spolupracujeme s Akademií věd a klinickými pracovišti při fakultních nemocnicích v Hradci Králové a Ostravě. V neposlední řadě jsme se posunuli k dalšímu grantu a také nám to přineslo nové kontakty v zahraničí.

Můžete vyzdvihnout nějakou zahraniční spolupráci?

Nejsilnější zahraniční spolupráce v oblasti biologie je s výzkumnou skupinou profesora Andrease Limbecka z Technické univerzity ve Vídni a docentkou Gabrielou Kalčíkovou z Univerzity v Lublani. S oběma máme společný grant na detekci mikroplastů v měkkých tkáních a na jejich vliv a toxicitu v těchto tkáních. Kdybych to celé shrnul, pro nás to bylo strategické a klíčové rozhodnutí – rozšířili jsme stávající aplikace o biologii a díky tomu jsme se posunuli dál. Vytvořili jsme menší tým, asi pěti, šesti studentů a dvou postdoků, který se věnuje jenom biologickým aplikacím, ať už se bavíme o analýze rostlin, tvrdých tkání (zubů a kostí) a měkkých tkání (orgánů).

CEITEC: Pavel Pořízka: Díky juniorskému grantu jsme získali nové projekty i zahraniční spolupráci

Jaký má metoda LIBS potenciál při zkoumání nádorových tkání?

LIBS je metoda analytické chemie určená pro prvkovou analýzu, kterou aplikujeme v širokém spektru oblastí, včetně biologie, ale i např. geologie. Metoda umožňuje měřit distribuci prvků na povrchu připraveného vzorku. V klinickém výzkumu zkoumáme, jestli metoda LIBS může sloužit pro diagnostiku a podporu patologie a standardních postupů, které se v současnosti využívají ke zpřesňování odhadu rozsahu rakoviny v lidské kůži. Toto je naše hlavní hypotéza. Pokud bychom byli schopni zpřesnit odhad oblasti nemocné tkáně, mohlo by to být v budoucnu využito i pro diagnostické účely během chirurgických zákroků. Toto však zatím zůstává jen vizí.

Jak jste daleko?

V současné době jsme již získali desítky vzorků z nemocnice a máme povolení etické komise pro jejich studium. Průběžně probíhá analýza těchto vzorků a připravujeme několik vědeckých článků, kde prezentujeme naše výzkumné úspěchy. Účastníme se také mezinárodních konferencí, kde získáváme pozitivní odezvu. Tato podpora nás přesvědčuje, že naše práce má smysl a že máme dál pokračovat. Zaměřujeme se na propojení různých přístupů z pohledu korelativní mikroskopie, což znamená kombinovat klasickou mikroskopii a spektroskopii, a využít tak různé techniky k získání co nejkomplexnější informace o vzorcích, tedy jak se mění chemické a strukturní složení v závislosti na sledované nemoci.

Kam byste chtěl výzkum v nejbližší době posunout?

Posouváme se vpřed a rádi bychom předložili další grant v rámci česko-rakouské spolupráce ve spolupráci s Technickou univerzitou ve Vídni. Tedy navazující grant zaměřený na analýzu lidské tkáně a studium rakoviny kůže. Ale znovu musím zdůraznit, že na začátku této cesty byl právě zmiňovaný juniorský grant, který nám otevřel dveře jak v analýze měkkých tkání, tak i mezinárodní spolupráci. Bez této podpory bychom neměli možnost úspěšně pokračovat v objevování nových aplikací a rozšíření využití naší metody.

Nejdřív jste tedy analyzovali myší či prasečí tkáň?

Máme modelové tkáně – orgány laboratorních myší – kterými simulujeme lidskou tkáň, jelikož jsou pro nás klinické vzorky velmi cenné. Neměříme je hned jako první, musíme ověřit samotný systém, jestli funguje na maximálním možném výkonu. Při analýze metodou LIBS totiž využíváme výkonný laserový puls, který materiál mírně zahřeje a odpaří, čímž vzniká potřebné analytické svítící plazma, ale prakticky tím vzorek ničíme. Takže tenké histologické řezy, které dostáváme z nemocnice, po měření neexistují.

Můžeme tvrdit, že jste průkopníci v měření nádorových tkání metodou LIBS?

To bych úplně neřekl. V rámci světové komunity ještě několik laboratoří pracuje na podobném tématu. My jsme se mírně inspirovali úspěchy francouzských kolegů z Univerzity v Lyonu. Metoda LIBS není tak etablovaná jako konkurenční metody. Právě o to je celý výzkum zajímavější, jelikož musíme hodně věcí sami objevit. Snažíme se ji posunout blíž k standardnímu, rutinnímu využití. Takže bych neřekl, že jsme průkopníci, ale myslím, že se významně podílíme na tom, aby byla přijata v širším spektru a aby byla konkurenceschopnější vůči jiným technikám.

CEITEC: Pavel Pořízka: Díky juniorskému grantu jsme získali nové projekty i zahraniční spolupráci

Pomáhá vám v tom i startup Lightigo, který jste v roce 2019 založili?

Nesmírně. Pomáhá nám vyvíjet systémy, které na světě nejsou komerčně dostupné, což byla jedna z nejzásadnějších limitací celé metody. Toto je něco, kde se vidíme poměrně v popředí – na jedné straně vyvíjíme samotnou metodu, jakým způsobem měřit vzorky, a na druhé straně jsme schopni i vyvíjet systémy v rámci široké spolupráce s naším startupem. Toto propojení nám dává unikátní možnost systém adaptovat podle toho, jak by měl měřit, jaký má mít výkon, díky čemuž se i rychleji posouváme dopředu. Nejsme tedy závislí na instrumentaci třetí strany. Je to ale náročnější v tom, že potřebujeme širší financování.

Jak finančně náročná je LIBS oproti konkurenčním metodám?

Instrumentální a k tomu i cenová nenáročnost metody jsou jedny z jejich největších výhod. Náš systém je výrazně levnější než konkurenční technika, třeba LA-ICP-MS, ale postrádá citlivost, která se v některých aplikacích jeví jako nezbytně nutná. V aplikacích, jako je detekce těžkých kovů v zubech a kostech, je dostačující. I když metodu LIBS není možné použít na všechny aplikace, v mnoha případech je možné ji využít, a dosáhnout úspory jak finanční, tak časové. Limitace metody byly jedním z aspektů, kterým jsme se v rámci grantu JUNIOR zabývali.

CEITEC: Pavel Pořízka: Díky juniorskému grantu jsme získali nové projekty i zahraniční spolupráci

Jsou nějaké aplikace, kde jste už „narazili“?

I takové jsou, ale o to zajímavější je to zkoušet. Zatím se nám nepodařilo třeba detekovat jód, který se používá pro barvení vzorku před počítačovou tomografií, tedy před strukturní analýzou. Ale nebereme to jako neúspěch. To by tak nemělo vyznít, protože když nám něco teď nejde, neznamená, že se to nemůže podařit v budoucnu dalším vývojem instrumentace a metodiky měření.

Jaký projekt má teď prioritu?

Teď jsou pro nás nejdůležitější tři projekty GAČR a další projekty TAČR v programu TREND a NCK. Máme tedy celou řadu běžících projektů, které jsou zaměřeny i na vývoj instrumentace a aplikaci metody do průmyslu. Takto široký záběr se nám však daří zvládat, jelikož máme v naší laboratoři skupinu nadaných studentů a studentek, kteří nám výrazně pomáhají při rychlém postupu vpřed. Věnují se dílčím tématům a aktivně přispívají k rozvoji naší metody během svého studia.

V rámci projektů GAČR jsou dva zaměřené přímo na biologii a pokračujeme tak v nastavené strategii. V prvním projektu začínáme třetí rok práce a týká se detekce nanočástic jako nepřímých biomarkerů lidské tkáně. Díky této metodě můžeme specificky označit pouze definovanou tkáň, například rakovinu prsu. Další prioritou pro nás je detekce mikroplastů v měkkých tkáních, kde kombinujeme metody LIBS, LA-ICP-MS a Ramanovy spektroskopie pro chemickou analýzu. Tyto spektroskopické a spektrometrické metody doplňujeme o strukturní analýzu metodou počítačové tomografie z laboratoře doc. Tomáše Zikmunda, který je rovněž součástí výzkumné skupiny prof. Kaisera. Naším cílem je zjistit, jak přítomnost mikroplastů ovlivňuje okolní měkkou tkáň a jestli může jejich přítomnost mít nějaké negativní (toxické) účinky. V plastech se běžně nacházejí stopové prvky, včetně některých toxických jako olovo a kadmium. Tyto látky mohou difundovat do okolní tkáně a potenciálně ji ovlivnit.