Vyvíjíme metodu sponkování peptidů pro novou generaci cílených léčiv

Díky stipendiu Nadace Experientia budete už od července bádat na slavné University of Cambridge. Jaký je to pocit?
Jsem moc šťastná. University of Cambridge je naprostý sen, o kterém bych si bez stipendia mohla nechat pravděpodobně jen zdát. Zakladatelé Nadace Experientia manželé Dvořákovi jsou v této době nevídaným úkazem dobra a skromnosti a moc pro mne znamená, že se rozhodli podpořit právě můj projekt. Je skvělé, co dělají pro českou vědu a že podporují mladé vědce v jejich snech o zahraniční stáži ale i o vlastní výzkumné skupině. Kariérně to je pro mne obrovská vzpruha a úžasná možnost se posunout dál, pracovat na vlastních myšlenkách, zkusit si další oblast syntetické organické chemie a rozšířit si svoje znalosti chemické biologie. Navíc se hrozně těším na život v nové skupině, na nové projekty a témata, na kreativní výzvy…

Čemu myslíte, že ve vaší kariéře mladé vědkyně nejvíc vděčíte za tento moment? Co vás nejvíc formovalo?
Já nejsem z chemické rodiny. Na gymnáziu mě bavilo všechno možné – politologie, psychologie, medicína, přemýšlela jsem dokonce i o žurnalistice. To, co rozhodlo, bylo, že jsem měla skvělou chemikářku, pani profesorku Smrekovou. Díky ní mě chemie zaujala a rozhodla jsem se ji jít studovat. Na bakaláři mě hodně formoval stipendista Nadace Experientia z roku 2018 Lukáš Maier, který tehdy na Masarykově univerzitě působil jako doktorand ve skupině doc. Parucha. Probudil ve mně nadšení jak pro organiku a  syntézu, tak i pro NMR (nukleární magnetická rezonance, pozn. aut.), což mne hodně obohatilo a navedlo mé další kariérní směřování. Jsem mu taky vděčná za to, že se mi věnoval, že se mnou jednal jako s rovnocenným partnerem, i když jsem byla mnohem mladší a měla málo zkušeností v laboratoři. Dal mi základy toho, jak dělat vědu i jak jednat se studenty. Na doktorátu na Univerzitě Palackého v Olomouci mě pak nejvíc ovlivnil můj školitel doc. Soural, který mi dával moc zajímavé, podnětné a synteticky složitější projekty, měl hodně lidský přístup a velmi mi fandil ve všem. Na Katedře organické chemie v Olomouci byla skvělá atmosféra, jsem opravdu šťastná, že jsem tam šla na doktorát. Myslím, že bych zde dnes nebyla, kdybych se tehdy rozhodla pro jiné pracoviště.

Uspěla jste díky projektu, v rámci kterého budete sponkovat peptidy. Co si pod tím můžeme představit?
Peptidy, tj. řetězce aminokyselin spojených amidickou vazbou, jsou fascinující třída sloučenin, která sehrává naprosto zásadní roli v našem těle a biologických systémech obecně, protože tvoří proteiny, které zahrnují enzymy, hormony a protilátky (antibodies) a jsou pro nás nezbytné. Jenže nevýhodou lineárních peptidů bývá jejich nestabilita ve fyziologickém prostředí, kde se nacházejí enzymy, které je mohou štěpit, a proto se dají jen omezeně použít jako léčiva. Proto vědci hledají cesty, jak zlepšit jejich farmakokinetické vlastnosti tak, aby měly širší aplikaci a zároveň aby v těle více vydržely. Jedním řešením je právě tzv. sponkování (z angl. stapling), které umožní pomocí postranních řetězců aminokyselin „uzamknout“ strukturu peptidu do stabilnějšího prostorového uspořádání (konformace), čímž se peptid stane mnohem odolnější vůči enzymům (Obr. 1). Tato sponka se dá navíc použít i pro zavádění dalších látek do peptidů, například fluorescenčních značek nebo malých biologicky aktivních molekul, a tím zvýšit použití a funkčnost takovýchto peptidů v chemické biologii.

Vy chcete metodu sponkování posunout ještě dále. Jak?
Zatím bylo pomocí sponkování popsáno zavádění vždy jenom jedné užitečné látky do peptidů (Obr. 1b); já bych ráda vyvinula takovou syntetickou metodologii, která by umožnila připravit sešité peptidické konjugáty (komplexní chemické sloučeniny, které vznikly spojením dvou či více menších sloučenin pomocí chemických reakcí, pozn. aut.) se sponkou, která bude obsahovat více těchto látek a bude tedy multifunkční (Obr. 1c). Kromě odolnosti vůči enzymům budou tak vzniklé konjugáty schopny selektivně potlačovat některé proteinové interakce v lidském organismu, které jsou spojovány zejména s rakovinou, a například na určité místo v těle cíleně doručit a uvolnit léčivo – malou organickou molekulu – která by jinak způsobovala v těle vedlejší účinky, protože by působila i na zdravé buňky (Obr. 1c, fialový obláček). K tomu všemu by ještě tyto spojené peptidy měly další užitečnou funkci v buňkách, například by zvyšovaly průchodnost přes membrány spojením s dalšími specifickými peptidy nebo by mohly obsahovat třeba fluorescenční značku a daly se tak pozorovat pod fluorescenčním mikroskopem, kde by se sledovala jejich cesta v buňkách (Obr. 1c, zelená hvězdička). A toho všeho by se dalo dosáhnout pomoci jednoho sešitého peptidického konjugátu s multifunkční sponkou!

Klíčovým krokem bude tedy spojení peptidu a multifunkční sponky?
Ano, v projektu jsem přišla s několika nápady, jak toho dosáhnout. Syntetizovat v laboratoři takovéto komplexní organické sloučeniny není vůbec snadné a člověk musí dobře promyslet každý krok syntézy. Ono je to tak trochu jako skládat nábytek z IKEA bez návodu. Víte, co chcete postavit a jak to má na konci vypadat, ale máte v balení milion malých šroubků a různých jiných komponent, o kterých si nejste jistí, jestli zapadnou přesně tam, kam si na první pohled myslíte, že mají zapadnout. A tak zkoušíte a zkoušíte, občas vám to vyjde napoprvé, občas zjistíte, že jste to namontovali špatně a musíte se o pár kroků vrátit, aby to lépe sedělo do celkového obrazu. Je to kreativní výzva, ale ty já mám moc ráda. Následně bych chtěla svůj objev aplikovat i na reálný systém s ověřeným chemoterapeutikem. Obecně mám ráda projekty a témata, za kterými je „vyšší smysl“, tj. ideálně i případná aplikace, nejlépe medicinální. Medicinální syntetická organická chemie a chemická biologie jsou určitě moje nejmilejší oblasti výzkumu a vidím v nich velký smysl.

Proč jste si z té šíře možností, které obor nabízí, vybrala právě oblast peptidů?
Peptidy, proteiny a komplexní chemické sloučeniny léčiv s protilátkami mě fascinují už několik let. Někdy v polovině doktorátu jsem měla období po pracovním úrazu levé ruky, kdy jsem se musela podrobit akutní operaci a nemohla jsem pak několik týdnů pracovat v laboratoři. Bylo to náročné období, protože práci v laboratoři opravdu zbožňuji, nicméně jsem ten čas využila efektivně – ponořila jsem se do literatury a začala přemýšlet nad různými oblastmi medicinální chemie, které by mě bavily v budoucnu; začala jsem si třídit nápady.

Takže za vaším projektem stojí pracovní úraz? Co se vám stalo?
Stalo se to na stáži v Německu, a to v sobotu odpoledne, kdy už jsem byla hodně unavená. Chtěla jsem jít změřit vzorek z NMR, který se dává do tenkých skleněných kyvet. Ta kyveta byla nahoře nakřáplá, čehož jsem si nevšimla. Chtěla jsem ji uzavřít plastovým víčkem, ale nešlo mi to, a tak jsem zatlačila, kyveta praskla a tou silou se mi zapíchla do prstu a přeřízla mi šlachy. Měla jsem štěstí, že se ten úraz stal v tak rozvinuté zemi, kde mě mohli rychle operovat. Jinak bych už asi nemohla nikdy pracovat rukama. Téma spojené s peptidy ve mně tedy zrálo již delší dobu. Jen jsem ještě potřebovala správný impuls a výzkumnou skupinu, aby dostalo reálnější kontury.

Tou výzkumnou skupinou, kterou jste hledala, byla skupina prof. Davida Springa na University of Cambridge. Proč jste si vybrala právě tuto skupinu?
Snad od prvního ročníku na doktorátu jsem věděla, že bych po jeho dokončení určitě chtěla na zahraniční stáž. Věděla jsem, že chci zůstat v Evropě. Velkou Británií a vše kolem ní (od hudby a seriálů až po architekturu nebo fotbal) mám moc ráda už od doby, co jsem tam kdysi byla na výletě ještě se školou a říkala jsem si, že by mohlo být skvělé tam zkusit najít stáž, protože univerzity a věda v Británií patří k naprosté světové špičce. Navíc mého partnera v té době pracovně přesunuli z Tokia do Londýna, což jsem taky brala jako dobré znamení. Udělala jsem si tedy opravdu důkladnou rešerši všech britských univerzit se solidními ústavy chemie a taky všech potenciálních výzkumných skupin, trvalo mi to asi 3-4 měsíce. Na  moment, kdy jsem narazila na skupiny prof. Springa, si pamatuji celkem přesně. Jela jsem vlakem domů na Slovensko a projížděla jsem web Department of Chemistry na University of Cambridge, kde měl prof. Spring napsáno, že se věnuje zkoumání protein-proteinových interakcí, medicinální chemii konjugátů peptidů a protilátek s léčivy… Okamžitě se mi rozzářily oči, rozbouchalo srdce a bylo vymalováno.

Vážně?
Ano, když jsem začala podrobněji studovat vědecký profil prof. Springa, hned jsem cítila, že bychom určitě našli společnou řeč a že bych právě k němu hrozně moc chtěla jet. Pár dní po dokončení doktorátu jsem ho tedy kontaktovala emailem. Pozval mne do Cambridge, abych se mohla seznámit se skupinou a prezentovat můj dosavadní výzkum. Dobře jsem se na setkání připravila, prošla jsem si jeho publikace, podrobně si nastudovala stránky skupiny, abych byla co nejvíce v obraze. Absolvovala jsem skupinový oběd a měla jsem možnost se zúčastnit tří skupinových meetingů. Na konci dne jsem si mohla vybrat oblast, která mě nejvíce zaujala. Vybrala jsem si právě peptidy a bioterapeutika a pak jsem jela domů studovat literaturu a vymýšlet projekt. Prof. Spring mi tedy nahodil udičku inspirace a já jsem se jí chytla a rozvinula dál tak, aby to zapadlo do portfolia jeho skupiny a zároveň to bylo něco, co ještě nikdo nedělal. Navíc mi na základě prezentace mých dosavadních výsledků řekl, že bych byla „perfect fit“ pro jeho skupinu, a to mne také hodně motivovalo si zajistit financování a jet právě k němu.

Stáž na University of Cambridge začínáte už v červenci 2021 – na co se nejvíc těšíte?
Na novou laborku a vlastní digestoř! Těším se, až se pustím do práce na projektu a nápady zhmotním i v laboratoři. Začátky jsou těžké všude, ale věřím, že se mi podaří se co nejrychleji začlenit do chodu skupiny. Zároveň cítím respekt k prestižní univerzitě a vůbec k celé této příležitosti, kterou málokdo dostane, a určitě ji neberu jako samozřejmost. Budu se v Británií určitě snažit šířit nejenom dobré jméno Nadace Experientia, ale i olomoucké Katedry organické chemie a doufám, že se mi to povede.

Říkala jste sice, že práci v laboratoři zbožňujete, přesto, prozradíte, jak od ní nejraději odpočíváte?
Já neumím moc odpočívat, ale velmi ráda běhám a během covidu jsem si zvykla chodit na dlouhé, třeba patnáctikilometrové procházky. Poslouchám při nich podcasty, i mimo vědu, mám strašně ráda Deník N, Respekt nebo Vinohradskou 12. Moje guilty pleasure je i ČT24, to mám neustále puštěné. A také se ráda dívám na seriály, mám předplacených několik streamovacích služeb a jsem schopná za tři týdny vidět klidně šest sérií, když mě ten seriál hodně chytne. Momentálně například ujíždím na Downton Abbey, což mi hezky trénuje britskou angličtinu, kterou teď budu často potřebovat.