Češi chystají past na Alzheimera. Klíčem k úspěchu je superčistý čip

Možná už zanedlouho určí jednoduchý test s jistotou, jestli člověku skutečně hrozí Alzheimerova choroba. Nemoc by se tak podařilo zachytit v ranném stádiu a pomocí léků odsunout její propuknutí o několik let. Nemoc postihuje zejména mozek a proto vědecké týmy na celém světě hledají příznaky choroby v nervovém systému.

TAU-protein
Jednou z podezřelých bílkovin spojovaných s Alzheimerovou chorobou je tzv. TAU-protein. Mozek běžně potřebuje tuto látku ke své činnosti,

Když pacient bloudí ve vlastním bytě Zatím je spolehlivá diagnóza Alzheimerovy choroby obtížná. Přitom může každé prodlení urychlit příchod nemoci v plné síle, což má za následek trvalé poškození mozku. Pak už pacient bloudí ve vlastním bytě, nepoznává potomky a nepamatuje si, jak se jmenuje.

ale u pacientů se vylučuje ve zvýšeném množství do mozkomíšního moku. Pokud by se zde podařilo odhalit nadměrné změny ve struktuře a koncentraci této bílkoviny co nejdříve, dala by se choroba rozpoznat v ranném stadiu a nemocní by měli větší šanci žít plnohodnotně delší dobu.

Na lov podezřelé bílkoviny se nedávno vydal rovněž tým docenta Jiřího Homoly z Ústau fotoniky a elektroniky AV ČR společně se skupinou Daniely Řípové a Zdenky Krištofikové z Psychiatrického centra Praha. Společně vyvíjejí novou past na Alzheimera, tedy konkrétněji biosenzor schopný rychle a citlivě rozpoznat TAU-protein i jeho různé formy.

Jako SIM karta do mobilu
"Srdcem přístroje je pozlacený čip", říká Kateřina Hegnerová, odborná pracovnice Homolova týmu. Do ruky přitom bere destičku jen o pár milimetrů větší než SIM karta z mobilu. Je z křemenného skla pokrytého velice tenkou vrstvou zlata silnou jen 55 nanometrů.

Čtěte také Průlom: test z krve odhalí první fázi 'alzheimera'

Dříve než začne lov, je nutné povrch čipu dokonale očistit. Kateřina Hegnerová si sedá k prosklenému boxu odkud veškerý vzduch vyhání ventilátor. Destičku z obou stran oplachuje destilovanou vodou, pak téměř stoprocentním lihem a poté vezme do ruky pistoli připojenou hadicí k tlakové lahvi s dusíkem. Plynem ofoukne destičku a ta putuje ještě do ozonové čističky. Cílem je zbavit povrch destičku všech organických nečistot.



Pokud si čip představíme jako past na Alzheimera, pak pochopíme, že je nutné nastražit cosi jako drátěná oka. Vědci jim říkají receptory. Jde o biologicky aktivní molekuly, které na principu zámku a klíče rozpoznají a zachytí hledanou látku. Tyto receptory je nutné ukotvit na očištěný povrch čipu.

Delikátní proces s nejistým výsledkem
První krokem je vytvoření vrstvy speciálních molekul - alkylthiolů - které se jedním svým koncem pevně chytí na zlatě a druhým koncem navážou na povrch receptor. Vrstvy alkylthiolů se na čipu vytváří z roztoku za přesně definovaných podmínek.

Čtěte také Hrozba jménem Alzheimer. Léčení bude stát miliardy korun

Dalším krokem je ukotvení receptorů. Hegnerová na superčistý čip nanáší pipetou kapičky roztoku obsahujícícho receptory, které reagují s TAU-proteinem. Laboratořím po celém světě je běžně prodává několik výrobců. V tom ale celé tajemství úspěšného lovu nespočívá.

Úspěch závisí především na tom, zda se podaří receptory ukotvit na povrch čipu a přitom zachovat jejich biologickou aktivitu. To je ovlivněno mnoha okolnostmi, například chemickým složením roztoku, ve kterém ukotvení probíhá. Protože jde o velmi delikátní proces, dopředu není nikdy jisté, jestli bude ukotvení receptorů optimální.

Prst by během několika vteřin zmrzl a buňky odumřely
Testování uchycení receptorů na povrchu čipu vypadá ze všech fází přípravy na pokusu nejdramatičtěji. Kateřina Hegnerová bere do ruky obří džbán z polystyrenu, ze kterého stoupá bílý opar. Uvnitř nádoby

Projekt bude trvat tři roky Výzkumný projekt bude trvat tři roky a je financován grantem Ministerstva zdravotnictví České republiky. Na jeho konci bude nový biosenzor schopný detekovat TAU-protein a jeho různé formy v biologických vzorcích i ve velmi nízkých koncentracích.

šplouchá tekutý dusík o teplotě minus 195 stupňů Celsia. Kožní lékaři ho prý používají na vypalování bradavic. Věřím, protože kdybych do kapaliny ponořil prst, buňky během několika vteřin zmrznou a odumřou.

Raději z povzdálí sleduji, jak Hegnerová nalévá do malého otvoru dusík. Jeho úkolem je ochladit optický detektor zachycující malé změny v absorpci infračerveného záření způsobené přítomností receptorů. Fotograf se činí v těsné blízkosti otvoru a možná utrpí pracovní úraz omrznutím. Po několika minutách focení je natankováno a začíná měření.

Nastavit receptory? Práce i na řadu týdnů
Na monitoru se objevují křivky s výraznými výběžky. Odborná pracovnice zjišťuje, že organické molekuly jsou na povrchu čipu uchyceny a dokážou plnit funkci molekulární pasti. Někdy to ale nevyjde a čip se musí vrátit na začátek svojí cesty.

"Pracujeme na úrovni molekul a to je nesmírně delikátní problém. Každý receptor má rád trochu jiné podmínky. Existují různé metody a jejich varianty, jak připevnit molekulární receptory na vrstvu zlata. Záleží na pH roztoku, iontové síle a řadě dalších okolností. Vyvinout metodu, která nastaví receptory tak, aby na povrchu čipu dobře fungovaly, může trvat i řadu týdnů," vysvětluje Kateřina Hegnerová.

V centru přístroje je skleněný hranol
Tentokrát máme štěstí. Receptory jsou na svých místech a lov na Alzheimera může začít. Badatelka vloží čip do biosenzoru, zařízení ve kterém se sleduje množství TAU-proteinu v mozkomíšním moku. Normálně je aparatura pod dřevěným izolačním krytem, ale tentokrát je kvůli fotografování v nedbalkách. V centru přístroje je skleněný hranol, Kateřina Hegnerová ho pečlivě čistí smotkem namočené vatičky, aby ani zrnko prachu nezkreslovalo měření.

Čtěte také Reagan měl Alzheimerovu chorobu už jako prezident, tvrdí jeho syn

Potom k průhlednému hranolu připevní čip a k jeho povrchu přitlačí speciální průtokovou komoru. Současně naředí do roztoku vzorek mozkomíšního moku určený k analýze. "Roztok se musí před měřením zbavit pomocí vakuové pumpy vzduchových bublin," říká badatelka.



"Je to nutné, protože bubliny znemožňují hladký průběh hledání TAU-proteinu a někdy celý pokus i zastaví," vysvětluje Kateřina Hegnerová. Když si v exikátoru, jak v ústavu říkají odbublinkovávači, pobude vzorek přibližně půl hodiny, je připraven k měření. Hegnerová do nádobky se vzorkem ponoří velmi tenkou hadičku a zapne čerpadlo, které přemístí vzorek do průtokové komory.

Posuv zářezu ve spektru odraženého světla
Cvakne spínač a na skleněný hranol dopadne svazek světla. Na zlatém povrchu čipu vyvolává speciální elektromagnetickou vlnu, tzv. povrchový plasmon. Na monitoru pak odbornice sleduje, jak se mění jeho rychlost šíření. Když je ve vzorku TAU-protein, jeho molekuly se zachytí na receptorech a plasmon "zbrzdí". Na obrazovce připojeného počítače se zpomalení ukáže jako posuv charakteristického zářezu ve spektru odraženého světla.

Pokud v roztoku hledaná látka není, postupuje elektromagnetická vlna stále stejnou rychlostí a k posuvu nedojde. "Extrémně vysokou citlivost přístroje ilustruje fakt, že dokáže najít koncentraci odpovídající jednomu zrnku soli rozpuštěnému v 50metrovém bazénu," říká docent Jiří Homola, vedoucí oddělení optických senzorů z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR.

Samotné hledání TAU-proteinu trvá jen 10 až 15 minut. Pak se čip vyjme a společně s dalšími, které se během dne použily v biosenzoru, skončí ve velké misce s koncentrovaným jódem. Za tři hodiny smyje chemikálie zlatavou vrstvičku a na dně nádoby zůstanou jenom průsvitné destičky z křemenného skla. Na ty se pak nanese nová vrstvička zlata a znovuzrozené čipy se vracejí zpátky na začátek celého procesu.