Chemie je základní věda, která ovlivňuje zdraví, životní prostředí i technologický pokrok. Všechno kolem nás je chemie. I my sami jsme složeni z atomů a molekul, které chemie popisuje. Díky chemii můžeme pochopit svět kolem nás. Chemie nám pomáhá pochopit svět kolem nás. Vysvětluje základní vlastnosti hmoty, jako například proč se voda vypařuje nebo jak probíhá hoření. Díky tomu lépe rozumíme prostředí, ve kterém žijeme, a základním procesům, které ovlivňují naše životy.
Chemie je věda, která se zabývá složením, strukturou a vlastnostmi látek, a také reakcemi, které mezi nimi probíhají. Hraje roli při vysvětlování procesů v přírodě i při vývoji moderních technologií. Proč je její studium tak významné?
Chemie v medicíně: Nepostradatelný pilíř
V medicíně je chemie naprosto nepostradatelná. Každý člověk je jedna velká chemická továrna. A když v ní něco nefunguje, je potřeba zasáhnout. V medicíně je chemie nepostradatelná. Umožňuje vývoj léčiv, diagnostiku a léčbu nemocí. Bez chemického výzkumu by nebyla možná moderní medicína, a tedy ani pokrok v léčbě nemocí, jako jsou rakovina nebo infekční onemocnění. Chemie tak přispívá ke zlepšení kvality lidského života.
Pharmaceutical (medicinal) chemistry is concerned with the design (drug design) and synthesis of biologically active molecules. The aim is to gain new chemical molecules that could enable the discovery of new pharmaceuticals or optimize already known drug structures, thereby to expand the portfolio of chemical drugs.
The term pharmaceutical (medicinal) chemistry appeared first in the literature shortly after WW II. During the development of molecular pharmacology, it was possible to express the biological activity of any chemical compound by means of quantifiable molecular properties (e.g. IC50, EC50, pA2). Since then the scientists have begun using the term "drug design" and started to develop new drugs systematically. After the computer technology and programming had been introduced, the possibility to study the relationship between the chemical structure and biological activity of a molecule (structure-activity relationships, SAR) in a quantitative sense (quantitative SAR, QSAR) was significantly increased. The introduction of molecular biology revolutionized the pharmacokinetics features (understanding of the fate of the drug and its metabolites in the body) and pharmacodynamics (understanding of the molecular mechanisms of drugs). At the beginning of the 21st century, pharmaceutical (medicinal) chemistry has developed new molecules with ever-increasing structural diversity. Apart from the small synthetic ligands and natural products, pharmaceutical chemists focus on the development of modified peptides and proteins, biological agents (e.g. This rapid development comes hand in hand with the advances in chemical biology, molecular modelling, and analytical methods generally in all medical fields.
Inovace a nové možnosti v léčbě
Fakulta chemické technologie (FCHT) se jako jediná v Česku zabývá studiem všech typů materiálů, ale zastoupeny jsou i klasické chemické obory, chemické technologie, vývoj a výroba léčiv i studium propojující chemii s jinými disciplínami, včetně umění nebo bioinformatiky a chemické informatiky. Bohaté zkušenosti pedagogů umožňují studentům předat silný přírodovědně-technický základ i komplexní znalosti z oblasti surovin, vývojových i výrobních procesů a vztahu chemie a životního prostředí. Individuální přístup umožňuje studentům výběr závěrečných kvalifikačních prací zaměřených na vědecká témata i praktické úkoly aplikovatelné v průmyslu.
Chemie je proto zásadní věda, která ovlivňuje zdraví, životní prostředí i technologický pokrok. Tradice studijních oborů na Fakultě chemické technologie (FCHT) sahá až k samým počátkům vysokoškolské výuky technické chemie v Českých zemích. Díky tomu je FCHT dobře známým partnerem pro budoucí zaměstnavatele.
Program propojuje výzkumné skupiny pracující v různých oborech. Chemici, biochemici a chemičtí inženýři připravují nové biomateriály, s nimiž pracují biologové a lékaři zkoumající možnosti jejich využití. Společně se snažíme hledat vztahy mezi strukturou materiálu, jeho funkcí a využitím v biologickém výzkumu a v medicíně. Ta je klíčová. A nejde jen o propojení skupin pracujících přímo v BIOCEV, ale o širší spolupráci na ně navázaných pracovišť, jako je Ústav makromolekulární chemie AV ČR, Fyziologický ústav AV ČR, Ústav experimentální medicíny AV ČR nebo 1. lékařská fakulta UK. Jak to propojení funguje? Funguje to oběma směry. Pokud my chemici připravíme materiál, o kterém si myslíme, že by mohl být zajímavý, kolegové nám ho pomůžou otestovat. A jindy naopak oni přijdou s nápadem, pro který jim připravíme materiál na míru. Impulsy přicházejí z obou stran, důležité je sdílení dat a zkušeností, to spolupráce v BIOCEV velmi usnadňuje. Zajímavé nápady se často rodí z diskusí, ze vzájemné inspirace. Mnohdy v tom hraje roli i náhoda.
Nanomateriály a pokročilé terapeutické systémy
V druhé polovině semestru pro vás máme druhou semestrální MediCafé. A budeme si povídat o chemii, jak ji neznáte ... nanomateriálech a jejím využití v základním lékařském výzkumu. Proč si nanomateriály získaly takovou popularitu? A co přesně znamená skutečnost, že mají jedinečné vlastnosti? O jejich obrovském významu v medicíně, ale i o běžné práci doktoranda a o zahraničních zkušenostech se syntézou a testováním protinádorových léčiv bude hovořit studentka oboru Nanomateriálová chemie z PŘF UP Mgr. Antónia Kurillová. Pojďte se s námi dozvědět o aplikacích chemického výzkumu v medicíně a o běžné práci doktoranda. Budeme se na vás těšit 15. dubna v 15:30 ve Studentském klubu ve Zbrojnici. Studentský klub UP, Zbrojnice, Biskupské nám.
Vy sám se podílíte na projektu Polymerní a koloidní imunoterapeutika. Cílem je připravovat nové polymerní a koloidní systémy využitelné pro cílenou dopravu léčiv, pro diagnostiku nebo jako polymerní vakcíny. Syntetické polymery připravujeme tak, aby měly vlastnosti umožňující jejich využití v lidském organismu. Aby byly neadhezivní, neinteragovaly nežádoucím způsobem s tkáněmi a byly neviditelné pro imunitní systém. Koloidní systémy jsou založeny na nanočásticích. A syntetické polymery s koloidními materiály také kombinujeme, abychom využili výhod obou systémů. Dnes jsou hodně populární teranostika - systémy zvládající zároveň diagnostiku i terapeutické působení. Cílem je zobrazit v organismu tkáně nebo struktury, které nás zajímají. Lze například odlišit nádor od zdravé tkáně nebo sledovat distribuci léčiva. Pracujeme například s nanočásticemi oxidů železa, které jsou paramagnetické, takže se dají využít pro magnetickou rezonanci. Využíváme i fluorescenční značky navázané na polymerní nosič. A v poslední době hodně experimentujeme s polypyrrolovými částicemi, které mají fotoakustické vlastnosti.
Zmínil jste polymerní vakcíny. Na polymerní nosič jsou navázány jak antigeny, tak adjuvancia, která jsou pro fungování vakcíny důležitá. Adjuvancia jsou často příčinou nežádoucích vedlejších účinků, jejich vazba na polymer má pomoci tyto vedlejší účinky omezit. Polymer umožňuje kontrolovaně dopravovat všechny složky vakcíny v jednom „balíčku“ do cílového místa - zlepšit farmakokinetiku, zefektivnit interakci s buňkami imunitního systému, zajistit dlouhodobé působení a minimalizovat nežádoucí účinky. Takto připravené vakcíny lze využít jak v profylaxi infekčních chorob, tak v imunoterapii nádorových onemocnění.
How to Condition Polymer Clay // 3 Tips for Conditioning Polymer Clay using a Clay/Pasta Machine
Regenerativní medicína a tkáňové inženýrství
Tato skupina sleduje několik výzkumných směrů. Studuje například možnosti léčby centrální nervové soustavy s využitím kmenových buněk, polymerních hydrogelů nebo mikroRNA. Nebo vyvíjí takzvané organoidy, tedy trojrozměrné modelové systémy, které napodobují mikroprostředí organismu. Lze tak vytvořit například model hematoencefalické bariéry pro testování léčiv. To je něco, co v klasické tkáňové kultuře studovat nelze. Tyto trojrozměrné systémy umožňují provést řadu experimentů, které by se jinak musely dělat in vivo. Výzkum se tím urychluje a snižuje se utrpení pokusných zvířat.
Do programu dále patří projekt Bioarteficiální struktury pro náhradu a regeneraci poškozených tkání. Ano, jedním z cílů je vývoj umělých cévních náhrad malého průměru. Větší cévní náhrady jsou běžně dostupné, ale v menších rozměrech nastává problém s jejich ucpáváním. Tato výzkumná skupina proto pracuje na nových syntetických i biologických materiálech, které slouží jako „lešení“ pro růst buněk. Pro tvorbu tohoto „lešení“ lze využít i metody 3D biotisku. Dalším směrem výzkumu je úprava kovových materiálů používaných pro tkáňové náhrady. Výzkum kožních kmenových buněk vedl k odhalení významu fibroblastů pro hojení tkání. Ukázalo se, že specifické fibroblasty jsou velmi důležité také třeba v nádorové tkáni, jejímuž růstu napomáhají tvorbou vhodného mikroprostředí.
Do programu patří ještě Laboratoř čistých prostor. To je naše propojení ke komerční sféře. Slouží jak pracovníkům BIOCEV, tak externím spolupracovníkům.