Příroda v nanometrovém rozlišení. Vědci z Brna chtějí na unikátním elektronovém mikroskopu zobrazit živé buňky

19. 10. 2022
Doba čtení: 5 minut
Zdroj: Martina Arltová
  • Téměř třetina všech elektronových mikroskopů na světě pochází z Brna. Vyvíjí je tým vědců z Ústavu přístrojové techniky ve spolupráci s komerčními firmami

  • Nachází se zde i unikátní mikroskop, který jako vůbec jediný dokáže zobrazovat vzorky mimo vakuum. Pokusné organismy tedy poprvé dostaly šanci pozorování přežít

  • Environmentální elektronová mikroskopie se uplatňuje ve zdravotnictví, při výzkumu klimatu i v průmyslu

Environmentální elektronová mikroskopie připomíná alchymii. Když chce tým sídlící v Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR pořídit snímky záhadného podmořského živočicha v nanometrovém rozlišení, čeká, až laboratoř zahalí tma.

Výzkumníci nepotřebují pod rouškou noci schovávat patenty na jediný elektronový mikroskop svého druhu na světě, ten ukázali novinářům a studentům v rámci letošního jubilejního desátého ročníku Podzimní školy elektronové mikroskopie, která se koná od 17. do 21. října. Čekají ale, až se zastaví provoz tramvají, které mají zastávku asi 50 metrů od budovy.

Elektronový mikroskop je totiž tak složitý přístroj, že jeho činnost mohou pokazit i nepatrné vibrace podlahy vyvolané dopravou, natož aby okolo někdo chodil. Špičkovou práci na něm dokážou odvést z celé republiky tři lidé – vedoucí skupiny doc. Ing. et Ing. Vilém Neděla, Ph.D., postdoktorandka Eva Tihlaříková a jejich kolega, který se publicitě vyhýbá. Všichni mají praxi delší než deset let, Neděla dokonce kdysi postavil experimentální elektronový mikroskop, kterým brněnský věhlas v rámci oboru začal.

Vznik firmy Nano Medical byl malý velký třesk, říká Marcela Munzarová. Po rouškách chce využít nanovlákna v kosmetice
Přečtěte si také:

Vznik firmy Nano Medical byl malý velký třesk, říká Marcela Munzarová. Po rouškách chce využít nanovlákna v kosmetice

Nyní z druhého největšího českého města pochází více než 30 procent všech elektronových mikroskopů na světě. Na jejich vývoji pracuje právě Ústav přístrojové techniky ve spolupráci s firmami, jako jsou Thermo Fisher Scientific, ROS-DE Holding nebo De Longhi Instruments. Skupina environmentální elektronové mikroskopie si na sebe jako jeden z mála českých vědeckých projektů dokáže vydělat sama a nepotřebuje podporu AVČR.

„Máme spoustu firemních a akademických spoluprací, ale mikroskop je bohužel pořád jen jeden, protože jenom jeho přestavba nám trvala sedm let, a to ho neustále vyvíjíme. Není to jen o tom koupit zařízení, pak přijdou roky práce, know how a naše patentovaná zařízení, která tam montujeme, abychom z něj udělali něco, co není možné vidět jinde na světě,“ vysvětluje Neděla.

Nevyčíslitelná hodnota

Stroj, o němž výzkumník mluví, vyrobili zmínění Thermo Fisher Scientific a tým vědců ho od nich koupil za 20 milionů korun. „Hodnota našeho mikroskopu je ale nevyčíslitelná, protože je jediný na světě. Postavit celý elektronový mikroskop z financí AVČR není efektivní, protože bychom znovu vynalézali kolo. Nemá smysl vyvíjet to, co už někdo udělal, zatímco se můžeme zabývat možnostmi, jak posunout mikroskop dál. Firmy si pak budou moct zase koupit licenci na to, co vytvoříme my,“ pokračuje Neděla.

Mezi uvedená vylepšení patří například vlastní kamery, zařízení umožňující vzorek chladit na −60, nebo naopak zahřívat až na plus tisíc stupňů Celsia, mikromanipulátory na ovládání stroje a umělá inteligence. Ta počítá termodynamické děje uvnitř mikroskopu, aby se doba potřebná k přípravě vzorku mohla zkrátit z původních stovek pokusů a zničených vzorků na ,pouhé tři dny. Není proto divu, že firmy i akademici stojí frontu na to, aby jim vědci z ÚPT zobrazili vzorek na zakázku.

Přepište učebnice

Brněnský mikroskop je unikátní především díky tomu, že okolo vzorku nepotřebuje mít vakuum. Zvládne zobrazovat i věci pod tlakem stovek až tisíců pascalů, a to v mokrém i v suchém stavu. Umožňuje tedy zdejším vědcům jako prvním na světě uvidět biologické vzorky v přirozeném stavu.

„Můžeme do mikroskopu dát živý organismus ponořený ve vodě, odpařit vodu, zobrazit živočicha a pak ho nezraněného vypustit zpět do přírody. To je ve vakuových mikroskopech nemyslitelné, protože tam samozřejmě živočich okamžitě zemře, jako kosmonaut bez skafandru,“ objasňuje Neděla. Mimo to musí proud elektronů, které na objekt namíří, co nejvíc zjemnit – jinak by jím totiž mohl namísto opatrného zacházení se živým tvorem svařovat kovy.

Roky strádání, pak růst o tisíce procent. Nanotechnologie v Česku získaly prostředky na rozvoj
Přečtěte si také:

Roky strádání, pak růst o tisíce procent. Nanotechnologie v Česku získaly prostředky na rozvoj

Výzkumníci jdou však ještě dál. Momentálně bojují o to, aby mohli v prestižním časopise Nature vydat článek o prvním pozorování lidského chromozomu. Ten prý vypadá úplně jinak, než jak ho známe z učebnic. V klasickém mikroskopu ho totiž vědci musejí vysušit, fixovat, pozlatit a upravit tak, aby byl kompatibilní s přístrojem. Pak už si s ním mohou sice dělat, co chtějí, ale s reálnou podobou má pramálo společného. Proto, pokud se projekt vydaří, se ÚPT ve spolupráci s českými 3D tiskaři chystá vytvořit realistické zvětšené modely.

Snímky z mikroskopu každopádně neslouží jen biologům – mají využití například při vývoji nových léčiv, jako jsou kapsle postupně uvolňující inzulín. Teorie tvrdí, že se pacientovi s cukrovkou zavedou pod kůži a on si díky modifikovaným bakteriím, které látku vylučují, celý rok nebude muset píchat injekce. 

„Ty kapsle jsou přitom tak malé, že se nedaly zobrazit ani v elektronovém mikroskopu, dále jsou vlhké, nedají se mrazit ani jinak upravovat. To znamená, že je to něco přesně pro nás,“ tvrdí vedoucí výzkumník. Sám pak chemikům pomáhá s jejich testováním, které však před uvedením do praxe zabere i dvacet let a nakonec může stát miliony dolarů.

Mikroplasty v sobě máme od narození

Elektronová mikroskopie se uplatňuje i v dalších oblastech. „V posledním článku, který nám vyšel, se ve spolupráci s IKEM a Ústavem fyziky materiálů zabýváme transplantacemi slinivky břišní. Zkoumáme, jakým způsobem se vzorky uchytí v lidském těle. Pracujeme také s klimatickými modely, kde se snažíme identifikovat drobné aerosoly, které jsou unášeny do atmosféry a mohou ničit ozon. Spolupracujeme na vývoji vakcín proti AIDS, antivirotik a tak dále. Mikroskop má obrovské použití od kovu až po dřevo, plast a tekuté vzorky,“ vyjmenovává Neděla.

Nanoroboti jsou jako hi-tech Lego, říká český profesor Martin Pumera, který patří mezi nejcitovanější vědce současnosti
Přečtěte si také:

Nanoroboti jsou jako hi-tech Lego, říká český profesor Martin Pumera, který patří mezi nejcitovanější vědce současnosti

V rámci partnerství s firmou New Solution Praha, která platí nezanedbatelnou část nákladů projektu, hledá ve vodě mikroplastová vlákna o rozměrech v řádu nanometrů. „Vědci odhadují, že v oceánech plave až 236 tisíc tun mikroplastů, a to je pouze jedno procento. Zbylých 99 procent je rozptýleno všude ve vodě, v půdě… Dnes mikroplasty najdete i v tělech kojenců a nikdo neví, co nám to za pár let udělá,“ říká Neděla.

Jelikož docent patří k elitě v oboru, mohlo by se mu stát, že v budoucnu bude osloven, aby se podílel i na řešení tohoto problému. Jeho osobní cíl je však jiný – doufá, že se mu jednou povede zobrazit živou buňku včetně všech organel. A že jeho laboratoř bude i nadále dělat alespoň jeden průlomový objev ročně.

  • Našli jste v článku chybu?