Revoluční spektrometr pomůže vědcům porozumět struktuře bílkovin a navrhnout nové léky

Brno, Česká republika – čtvrtek 17. října 2024 – Dnes představili přední vědci z CEITEC Vysokého učení technického v Brně převratnou technologickou novinku: nejmodernější spektrometr elektronové spinové rezonance (ESR) s frekvencí 329 GHz vybavený funkcí dynamické jaderné polarizace (DNP). Tento špičkový přístroj, který má potenciál významně posunout materiálové vědy a molekulární biologii, byl představen během slavnostního odhalení důležitého výstupu grantu za účasti vážených vědců a partnerů, které se konalo na půdě CEITEC Masarykovy univerzity.

Na úvod slavnostního odhalení promluvili Jiří Nantl, náměstek ministra školství, mládeže a tělovýchovy České republiky a bývalý ředitel CEITEC Masarykovy univerzity (MU), Martin Weiter, prorektor pro výzkum a transfer znalostí Vysokého učení technického v Brně (VUT), Radimír Vrba, ředitel CEITEC VUT, a Pavel Plevka, jeho protějšek na CEITEC MU. Po úvodních slovech Petr Neugebauer, hlavní řešitel z CEITEC VUT, slavnostně odhalil spektrometr a podal podrobný výklad o jeho účelu a funkci.

O spektrometru

Nově vyvinutý elektronový spinový rezonanční spektrometr s frekvencí 329 GHz představuje významný skok vpřed ve vědeckém přístrojovém vybavení.

Tento pokročilý přístroj je určen k měření elektronové spinové rezonance (ESR), jevu, který nastává, když elektrony pod vlivem magnetického pole absorbují specifické elektromagnetické vlny. Spektrometr může vědcům nabídnout nebývalý vhled do strukturních a materiálových vlastností různých látek, což z něj činí základní nástroj výzkumu v materiálových vědách, chemii a biologii.

Tento spektrometr se vyznačuje dvojí funkčností: dokáže měřit současně ESR i nukleární magnetickou rezonanci (NMR) kapalin. Tato duální funkce je možná díky využití magnetu NMR spektrometru, což zjednodušuje vybavení a snižuje náklady nového systému tím, že odpadá potřeba samostatného magnetu. Spektrometr se navíc může pochlubit rychlým frekvenčním skenováním s rychlostí až 10^16 Hz za sekundu, což nabízí bezkonkurenční rychlost a přesnost při studiu vlastností elektronové spinové relaxace na mikrovlnných frekvencích kolem 329 GHz.

CEITEC: Revoluční spektrometr pomůže vědcům porozumět struktuře bílkovin a navrhnout nové léky

Tým, který za spektrometrem stojí

Tento průkopnický spektrometr je výsledkem mezioborové spolupráce vědců a mezinárodních partnerů. Vedoucím projektu a odpovědným řešitelem je Petr Neugebauer (CEITEC VUT), kritickou sondu NMR/EPR navrhli Jan Dubský (CEITEC VUT), Petr Drexler a Martin Čáp (oba FEKT VUT). Kvazioptický můstek spektrometru dodala společnost Thomas Keating Ltd. (Velká Británie), zatímco jeho komponenty pro frekvenci 329 GHz dodala společnost Virginia Diodes Inc. (USA). Zařízení sestavil a nastavil tým, jehož členy byli Jan Dubský a Oleksii Laguta (CEITEC VUT), NMR testy vykonali Jan Dubský (CEITEC VUT) a Radovan Fiala (CEITEC MU).

Konstrukce spektrometru byla financována z grantu EXPRO Grantové agentury České republiky (GAČR).

Dopad a praktické aplikace

Konečným cílem spektrometru je vylepšit experimenty NMR pomocí dynamické jaderné polarizace. Tato technika zesiluje NMR signály přenosem polarizace z elektronových spinů na jádra, což vědcům umožňuje studovat biomolekuly, například proteiny, se zvýšenou citlivostí. Potenciál zařízení pro pokrok v molekulárním výzkumu je příslibem pro budoucí využití při vývoji léků, diagnostice nemocí a dalších biomedicínských inovacích.

CEITEC/Hedvika Cimbálníková: Revoluční spektrometr pomůže vědcům porozumět struktuře bílkovin a navrhnout nové léky (Petr Neugebauer)

Mocný nástroj pro vědu

Pro představu o schopnostech spektrometru je třeba uvést, že pracuje na frekvencích stokrát vyšších, než jaké se používají v mobilních telefonech, a vytváří magnetické pole desetkrát silnější, než jaké se používá v průmyslových magnetech na třídění šrotu. Tento obrovský výkon umožňuje studovat mikroskopické interakce, které jsou nezbytné pro pochopení složitých biologických a chemických procesů.

Pro širokou veřejnost je odhalení tohoto spektrometru vzrušujícím krokem k většímu vědeckému objevu. Bílkoviny, stavební kameny života, hrají zásadní roli ve zdraví a fungování našeho těla. Pokud proteiny nefungují správně, mohou vznikat nemoci. Díky využití pokročilých technik magnetické rezonance může tento spektrometr pomoci vědcům lépe porozumět struktuře bílkovin a navrhnout léky, které bojují proti nemocem na molekulární úrovni.

Výzkumníci zapojení do projektu plánují, že v blízké budoucnosti budou publikovat své výsledky v předních vědeckých časopisech a ukážou obrovské přínosy spektrometru v oblasti materiálových věd a molekulární biologie.

CEITEC: Revoluční spektrometr pomůže vědcům porozumět struktuře bílkovin a navrhnout nové léky