4. Sekce chemických věd
1. Nová metoda charakterizace synthetických polymerů (ÚIACH)
2. Supramolekulární konjugáty porfyrinových fotosensitizátorů s calixareny a cyclodextriny (ÚACH)
3. Syntéza nanodispersních oxidů homogenním srážením vodných roztoků síranů kovů močovinou (ÚACH)
4. Komparativní studie SDMA a komerčních redukčních činidel z hlediska jejich reaktivity a selektivity (ÚACH)
5. Vysoce účinné mesoporézní siliky připravované srážením z vodných roztoků křemičitanů (ÚFCH JH)
6. Kvazi-elastický rozptyl laserového paprsku na elektricky polarizovaném kapalném rozhraní (ÚFCH JH)
7. Přenos energie ve srážkách pomalých iontů s pevnými povrchy (ÚFCH JH)
8. Stavová rovnice vody (ÚCHP)
9. Metoda dehalogenizace a detoxikace chlorovaných aromatických sloučenin (ÚCHP)
10. Cíleně směrovaná polymerní cytostatika s hydrolyticky řízenou aktivací (ÚMCH)
11. Organická elektroluminiscence - polymerní elektroluminiscenční diody (ÚMCH)
12. Nová peptidasa z lidského mozku (ÚOCHB)
13. Nové purinové acyklické nukleosidfosfonáty s antineoplastickým účinkem (ÚOCHB)
14. Impakt látek regulujících vývoj hmyzu na životní prostředí (ÚOCHB)
4.1. Nová metoda charakterizace synthetických polymerů
Pro charakterizaci synthetických polymerů byla navržena a realizována off-line kombinace superkritické fluidní chromatografie (SFC) a matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight hmotnostní spektrometrie (MALDI-TOF MS). Obě tyto metody a jejich off-line kombinace byly použity pro stanovení distribuce molekulových hmotností silikonových olejů. SFC byla použita k separaci vzorků na kapilární koloně. Separované frakce byly zachyceny v acetonu a molekulové hmotnosti jednotlivých oligomerů byly stanoveny pomocí MALDI-TOF MS, která v mnoha případech může odhalit i chemické složení polymeru. Distribuce molekulových hmotností stanovené pomocí SFC, MALDI-TOF MS jejich off-line kombinace se velmi dobře shodovaly. Tato skutečnost otvírá nové možnosti pro charakterizaci i dalších synthetických polymerů, a to i v případech, kdy jednotlivé metody nemohou distribuci molekulových hmotností daného polymeru stanovit samostatně. SFC nemůže stanovit molekulové hmotnosti jednotlivých oligomerů a MALDI-TOF MS nemůže přesně změřit distribuci molekulových hmotností polymerů o vyšší polydispersitě. Jejich kombinace umožňuje vypočítat celkovou distribuci molekulových hmotností polymerů na základě měření frakcí, které mají mnohem nižší polydispersitu a tedy je lze přesně charakterizovat pomocí MALDI-TOF MS.
Chmelík, J., Planeta, J., Řehulka, P., Chmelík, J., Jr.: Determination of molecular mass distribution of silicone oils by supercritical fluid chromatography, matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry and their off-line combination. -
J. Mass Spectrom. 36: 760-770 (2001).
4.2. Supramolekulární konjugáty porfyrinových fotosensitizátorů s calixareny a cyclodextriny
Lang K., Wagnerová D. M., Mosinger J.
Vlastnosti porfyrinových fotosensitizátorů produkujících singletový kyslík mohou být modifikovány vazbou sensitizátoru na hostitelskou molekulu. Calixareny a cyklodextriny představují hostitelské molekuly s vnitřní dutinou, které s porfyriny vytvářejí supramolekulární konjugáty. Cyklodextriny vytvářejí stabilní inkluzní komplexy s aniontovými porfyriny, přičemž fotofyzikální vlastnosti takto vázaných sensitizátorů, jmenovitě vysoké výtěžky singletového kyslíku, zůstávají zachovány. Cyklodextriny lze proto použít jako inertní ochranné nosiče sensitizátorů při jejich aplikaci ve fotomedicině. Naproti tomu porfyrin-calixarenové komplexy mají zcela odlišné fotofyzikální vlastnosti od volných porfyrinů. Tyto komplexy sloužily k sestavení bloků pro studium fotoiniciovaných reakcí. Možnost snadné funkcionalizace porfyrinů, calixarenů a cyklodextrinů byla také využita pro přípravu řady kovalentně vázaných konjugátů porfyrin-cyklodextrin a porfyrin-calixaren. Tyto sloučeniny vykazují specifické interakce s některými elektronovými donory a byly použity pro studium procesů fotoindukovaného přenosu energie nebo elektronu na dlouhou vzdálenost.
1. Mosinger J., Deumié M., Lang K., Kubát P., Wagnerová D.M.:
Supramolecular Sensitizer: Complexation of Meso-Tetrakis(4-sulfonatophenyl)porphyrin with 2-Hydroxypropyl Cyclodextrin. J. Photochem. Photobiol. A: Chem.: 130 13-20 (2000).
2. Lang K., Kubát P., Lhoták P., Mosinger J., Wagnerová D.M.:
Photophysical Properties and Photoinduced Electron Transfer Within Host-Guest Complexes of 5, 10, 15, 20-Tetrakis(4-N-methylpyridyl)porphyrin with Water-soluble Calixarenes and Cyclodextrins.
Photochem. Photobiol. 74 558-565 (2001).
3. Mosinger J., Kliment V., Sejbal J., Kubát P., Lang K.:
Host-Guest Complexes of Anionic Porphyrin Sensitizers with Cyclodextrins.
J. Porph. Phthal, přijato.4. Dudič M., Lhoták P., Stibor I., Dvořáková H., Lang K.:
Porphyrin-(thia)calyx[4]arene Conjugates Based on the Amidic Junctions.
Tetrahedron, zasláno.
4.3. Syntéza nanodispersních oxidů homogenním srážením vodných roztoků síranů kovů močovinou
Šubrt J., Štengl V., Bakardžijeva S. a Boháček J.
Byl vypracován postup syntézy koloidních částic oxidů kovů homogenním srážením vodných roztoků síranů kovů močovinou a nalezeny podmínky, za kterých se nanočástice oxidů kovů usazují na povrchu různých materiálů. Ukázalo se, že takto je možné modifikovat povrchové vlastnosti jádra a cíleně připravit různé typy vícevrstvých materiálů. Metoda byla aplikována při syntéze "sandwichových" pigmentů na bázi částic slídy, pokrytých vrstvou oxidů kovů. Tyto pigmenty byly úspěšně testovány v různých aplikacích (nátěrové hmoty, sklo, keramické materiály, plasty). Další aplikací bylo použití slídy modifikované Fe2O3 jako náhrady přírodního pigmentu spekularitu ("železité slídy"-a-Fe2O3) pro bariérovou korozní ochranu. Ukázalo se, že lístečkové částice pigmentu se v nátěru uspořádají paralelně s povrchem podkladu, nátěr mechanicky zpevňují a s ohledem na nepropustnost oxidu železitého vůči ultrafialovému záření zabraňují i fotodegradaci nátěru. Homogenním srážením roztoku TiOSO4 byl syntetizován i fotokatalyticky aktivní TiO2 (anatas) a na modelové reakci fotokatalytického rozkladu 4-chlorfenolu byla s velmi nadějnými výsledky testována jeho aktivita. Jako výchozí surovina pro syntézu byl použit komerčně dostupný a levný síran titanylu. V současné době jsou všechny tyto materiály poloprovozně vyráběny v podniku SILCHEM s.r.o., Neštěmice.
Štengl V., Šubrt J.:
Způsob výroby barevných slídových pigmentů perleťového typu, PV 2000-2813.
Štengl V., Šubrt J., Bakardžijeva S.
Fotokatalyticky aktivní kompozit a způsob jeho výroby
PV 2001-2718, Z 7465
Bakardjieva S., Šubrt J., Štengl V., Perez-Maqueda L.A., Alario Franco M.A.:
Characterization of photocatalytically active TiO2 by electron microscopy,
5th Multinat. Congress on Electron Microscopy, September 20-25, 2001, Lecce, Italy, 463-4.
Štengl V., Peterka F., Bakardzijeva S., Šubrt J., Balek V., Jirkovský J., Kavan L.:
Development of spherical porous anatase and its application as photoactive material,
6th Int.Conf. TiO2 Photocatalytic Purification and Treatment ..., Niagara Falls, Ontario, Canada, June 25-29, 2001, 109-111.
Šubrt J., Štengl V., Bakardjieva S., Balek V., J. Jirkovský:
Photoactive TiO2 prepared by homogeneous precipitation of aqueous solution of Ti4+ salts with urea,
4th Int. Symp. Photoreaction Control and Photofunctional Materials, March 14-16, 2001, Tsukuba, Ibaraki, Japan, pp. 186-187.
Štengl V., Bakardjieva S., Šubrt J., Balek V., Jirkovský J.:
Fotokatalyticky aktivní TiO2 - perspektivní pigment pro III. tisíciletí,
Konference Anorganické pigmenty a pojiva, Ústí nad Labem,listopad 2001, str. 139
4.4. Komparativní studie SDMA a komerčních redukčních činidel z hlediska jejich reaktivity a selektivity
Čásenský B., Černý Z., Kříž O., Macháček J., Fusek J.
HS - Lučební závody Kolín a.s.
V předchozím období proběhla v Lučebních závodech Kolín, a.s. rozsáhlá rekonstrukce a intenzifikace výrobního zařízení pro výrobu dihydrido-bis(2-methoxyethoxo)hlinitanu sodného (SDMA). K vyráběné látce v rámci této HS ÚACH AV ČR zajišťoval odborný servis z hlediska její reaktivity i vlastností. Výzkum zahrnoval stanovení chemického složení a fyzikálních vlastností (tvaru částic, povrchu a specifické hustoty) různých vstupních surovin. Využití výsledků umožnilo zvýšení kapacity stávající výrobní jednotky 2-2.5krát. Rovněž byl studován vliv nečistot na stabilitu produktu. Dlouhodobou disproporcionací SDMA vznikají nežádoucí nerozpustné sloučeniny, které způsobují zákal produktu. Přidáním vhodných alkoxidových aditiv se podařilo tento efekt potlačit a zvýšit stabilitu SDMA 2-3krát. Za odborné garance a účasti pracovníků ÚACH AV ČR byl rovněž uspořádán v Paříži seminář zaměřený na vlastnosti a reaktivitu SDMA. Řešení HS značně zlepšilo pozici Lučebních závodů a.s. na světovém trhu, a to se projevilo výrazným zvýšením objednávek.
4.5. Vysoce účinné mesoporézní siliky připravované srážením z vodných roztoků křemičitanů
Jiří Rathouský a Arnošt Zukal
Silika (často nazývaná též silikagel) je pro své vynikající adsorpční schopnosti používána zejména v technologiích tzv. kvalifikované chemie (fine chemistry) a výzkumníci se stále snaží optimalizovat její strukturu a morfologii pro konkrétní použití.
V našem ústavu byla vyvinuta nová syntéza mesoporézní siliky umožňující cíleně ovlivňovat její strukturu a morfologické vlastnosti. Syntéza je založena na homogenním srážení z vodných roztoků křemičitanů za přítomnosti vhodného surfaktantu [1-5]. Vznik tuhé fáze požadovaných vlastností je dosahován řízeným poklesem pH pomocí hydrolýzy esteru kyseliny octové v nemíchaném prostředí bez lokálních koncentračních změn.
Takto připravené siliky mají pravidelné částice ve tvaru mikrometrových hranolků, kuliček nebo vláken o délce až několika desítek mikrometrů. Jejich porézní strukturu lze řídit v širokém rozmezí: plocha povrchu kalcinované siliky může dosáhnout až 1500 m2/g, objem pórů až 2 cm3/g, a jeho velmi úzká distribuce může mít maximum mezi 2 až 50 nanometry. Uspořádání pórů homogenně srážené siliky lze ovlivňovat podle potřeb, tzn. může být získána jak dokonale uspořádaná, tak zcela neuspořádaná struktura. Byla syntetizována i bimodální silika, obsahující dva monodisperzní porézní systémy o střední velikosti pórů 3 a 10 nanometrů.
Vznik mesokompositních částic siliky byl studovám přímo v reakční směsi pomocí Braggových reflexů. Časový vývoj difrakčního spektra prokázal, že hnací silou tohoto procesu je polykondenzace oligomerních silikátových aniontů [3].
Mesoporézní silika připravená homogenním srážením má vynikající vlastnosti v adsorpci nebo blokování zapáchajících látek [6]. Pro slibné možnosti jejího využití v této oblasti a v některých průmyslových procesech je testována společností Procter & Gamble v pilotním měřítku.
Publikace
[1] Schulz-Ekloff, G., Rathouský, J., Zukal, A.: Controlling of Morphology and Characterization of Pore Structure of Ordered Mesoporous Silicas. - Microp. Mesop. Mater. 27: 273 - 275 (1999).
[2] Schulz-Ekloff, G., Rathouský, J., Zukal, A.: Mesoporous Silica with Controlled Porous Structure and Regular Morphology. - Int. J. Inorg. Mater. 1: 97 - 102 (1999).
[3] Rathouský, J., Schulz-Ekloff, G., Had, J., Zukal, A.: Time-resolved in situ X-ray diffraction study of MCM-41 structure formation from a homogeneous environment.
- Phys. Chem. Chem. Phys, 1: 3053 - 3057 (1999).
[4] Kooyman, P. J., Slabová, M., Bosáček, V., Čejka, J., Rathouský, J., Zukal, A.: The influence of pH on the structure of templated mesoporous silicas prepared from sodium metasilicate. - Collect. Czech. Chem. Commun. 66: 555 - 565 (2001).
[5] Rathouský, J., Čejka, J., Kooyman, P. J., Slabová, M., Zukal, A.: Controlling the assembly of silica mesoporous materials by varying the decrease in pH. - Stud. Surf.
Sci. Catal. 135: 203 - 210 (2001).
[6] Rathouský, J., Zukal, A., et al: Doped absorbent materials with enhanced activity. European Patent Office, Application No. 01119181.4-2104 (2001).
4.6. Kvazi-elastický rozptyl laserového paprsku na elektricky polarizovaném kapalném rozhraní
Z. Samec, A. Trojánek, P. Krtil
Byla vyvinuta metoda kvazi-elastického rozptylu laserového paprsku na elektricky polarizovaném rozhraní dvou nemísitelných rozpouštědel založená na heterodynové technice optického mísení rozptýleného světla s referenčním laserovým paprskem ze stejného zdroje. Metoda umožňuje určit frekvenci a tlumící faktor kapilárních vln, které vznikají na kapalných rozhraních v důsledku tepelných fluktuací. Tyto dva měřené parametry pak slouží k vyhodnocení povrchového napětí a povrchové viskozity resp. viskozity kapalných fází v závislosti na mezifázovém rozdílu elektrických potenciálů (intensitě elektrického pole).
Metoda byla použita k výzkumu dynamiky rozhraní voda-1,2-dichloroethan, na kterém byl rozdíl elektrických potenciálů určen rovnovážným rozdělením elektrolytu (distribuční potenciál) nebo vložením napětí z vnějšího zdroje. Pozorované změny frekvence a tlumícího faktoru kapilárních vln s jejich vlnočtem byly v souladu s hydrodynamickou teorií. Analýza měřených parametrů poskytla kvantitativní údaje o velikosti adsorpce (adsorpční izotermu) elektrolytů resp. iontů a jejich interakce v adsorbovaném stavu. Byl potvrzen předpoklad, že i silná specifická adsorpce iontů nevede v důsledku silných repulzivních interakcí k pozorovatelným změnám povrchové viskozity.
Praktický význam této metody výplývá především z možnosti charakterizovat dynamiku kapalných rozhraní za podmínek definované elektrické polarizace. Tyto systémy jsou základem jednoduchých modelů biologických membrán, jako jsou zkoumaná rozhraní s vrstvou specificky adsorbovaných iontů (např. hexadecytrimethylammonia) nebo amfiontů (např. fosfatidylethanolaminu). Objasnění jejich fyzikálně-chemických vlastností může přispět k hlubšímu pochopení biologických procesů.
Publikace
[1] Trojánek, A., Krtil, P., Samec, Z.: Quasi-elastic laser light scattering from thermally excited capillary waves on the polarised water/1,2-dichloroethane interface. - Electrochem. Commun. 3: 613-618 (2001).
[2] Trojánek, A., Krtil, P., Samec, Z.:: Quasi-elastic laser light scattering from thermally excited capillary waves on polarised liquid/liquid interfaces. Part. 1 Effects of adsorption of hexadecyltrimethylammonium chloride at the water/1,2-dichloroethane interface. - J.Electroanal. Chem (přijato do tisku).
4.7. Přenos energie ve srážkách pomalých iontů s pevnými povrchy
Z. Herman, J. Žabka, Z. Dolejšek
Srážky iontů s povrchy pevných látek mají četné aplikace ve vědě i v různých technologiích a jsou podkladem řady metod povrchové analýzy, chemické modifikace povrchů pro přípravu nových materiálů, nebo charakterizace struktury dopadajících iontů. Je také známo, že srážky pomalých iontů (do energie asi 100 eV) hrají významnou roli při interakci plasmy se stěnou zařízení pro jadernou fúzi (Tokamak). Velmi podstatnou otázkou je přenos energie ve srážkách iontů s povrchy pevných látek. Dosud je však jen omezené množství informací o tom, jak se energie dopadajícího iontu - projektilu ve srážce přerozděluje, a jak toto rozdělení závisí na energii a úhlu dopadu iontů a na materiálu povrchu.
Vyvinuli jsme nový způsob využití rozptylu pomalých polyatomových iontů pro určení přenosu energie ve srážkách iontů s povrchy, který jsme aplikovali na řadu povrchů (nerezový povrch pokrytý uhlovodíky [1,2], různé uhlíkové povrchy [3], modifikované povrchy pokryté různými samouspořádanými monovrstvami tvořenými řetězci uhlovodíků, řetězci fluorovaných uhlovodíků, nebo řetězci uhlovodíků se specifickou terminální skupinou [4]. Měření hmotnostních spekter iontových produktů srážek, a zjištění rozdělení kinetické energie a úhlového rozdělení těchto produktů umožnilo stanovit frakce energie, které se přemění na vnitřní vzbuzení projektilu (podle druhu povrchu 6-18% celkové energie dopadajícího iontu), na kinetickou energii iontových produktů (18-50% podle úhlu dopadu a materiálu povrchu), a na energii absorbovanou povrchem (zahřívaným nebo při pokojové teplotě).
Publikace
[1] Kubišta, J., Dolejšek, Z., Herman, Z.: Energy Partitioning in Collisions of Slow
Polyatomic Ions with Surfaces: Ethanol Molecular Ions on Stainless Steel
Surfaces. - European Mass Spectrom. 4: 311-320 (1998).
[2] Wörgötter, R., Kubišta, J., Žabka, J., Dolejšek, Z., Märk, T.D., Herman, Z.:
Surface Induced Reactions and Decompositions of the Benzene Molecular Ion
C6 H6+: Product Intensities, Angular and Translational Energy Distributions.
- Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 174: 53-62 (1998).
[3] Žabka, J., Dolejšek, Z., Roithová, J., Grill, V., Märk, T.D., Herman, Z.:
Energy Partitioning in Collisions of Slow Polyatomic Ions with Carbon Surfaces.
- Int. J. Mass Spectrom. (v tisku).
[4] Žabka, J., Dolejšek, Z., Herman, Z.: Energy Partitioning in Collisions of Slow
Polyatomic Ions with Surfaces: Ethanol Molecular Ions on Surfaces Covered by
Self-Assembled Monolayers (CF-SAM, CH-SAM, COOH-SAM).
- J. Phys. Chem. B (zasláno).
4.8. Stavová rovnice vody
I. Nezbeda, J. Kolafa, M. Lísal
V návaznosti na nedávné výsledky základního výzkumu [1-6] získané v Laboratoři E. Hály (a v rámci mezinárodní spolupráce), byla navržena stavová rovnice pro vodu [7] založená na molekulární teorii. Rovnice vychází z poznatku, že i pro tak silně asociující a polární látku jakou je voda, hrají rozhodující roli pouze krátkodosahové síly a že dlouhodosahové elektrostatické interakce mohou být uvažovány pouze jako malá porucha.Stavová rovnice má tvar rovnice perturbované tekutiny tuhých koulí, kde jednotlivé dodatečné členy představují příspěvky od asociace, disperzních sil, a dipól-dipólové interakce. Přesnost rovnice pro rovnováhu kapalina-pára je větší než jakou má jakákoliv známá semiempirická rovnice a je srovnatelná s nejlepšími empirickými rovnicemi. Vzhledem ke své korektní fyzikální podstatě rovnice rovněž vystihuje, na rozdíl od empirických rovnic, i některé anomálie vody, např. minimum izotermní kompresibility a hustotní maximum. Funkcionální tvar rovnice umožňuje také její bezprostřední použití pro vodné roztoky, jestliže rozpuštěné látky jsou popsány v rámci stejného formalizmu.
Literatura:
1. Nezbeda, I.: Structure of water: short-ranged versus long-ranged forces. - Czech. J. Phys. 48B: 117-122 (1998).
2. Nezbeda, I., Kolafa, J.: Effect of short- and long-range forces on the structure of water: temperature and density dependence. - Mol. Phys. 97: 1105-1116 (1999).
3. Kolafa, J., Nezbeda, I.: Effect of short- and long-range forces on the structure of water. II. Orientational ordering and the dielectric constant. - Mol. Phys. 98: 1505-1520 (2000).
4. Nezbeda, I.: On the role of short- and long-range forces in aqueous systems.- J. Mol. Liquids 85: 249-255 (2000).
5. Nezbeda, I., Lísal, M.: Effect of short and long range forces on the thermodynamic properties of water. A simple short range reference system. - Mol. Phys. 99: 291-300 (2001).
6. Kolafa, J., Nezbeda, I., Lísal, M.: Effect of short- and long-range forces on the properties of fluids. III. Dipolar and quadrupolar fluids. - Mol. Phys .99: 1751-1764 (2001).
7. Nezbeda, I., Weingerl, U.: A molecular-based theory for the thermodynamic properties of water. - Mol. Phys 99: 1595-1606 (2001).
4.9. Metoda dehalogenizace a detoxikace chlorovaných aromatických sloučenin
V. Pekárek, E. Fišerová, M. Punčochář
Byl vyvinut dehalogenační postup, který detoxikuje popílek ze spaloven, zvláště pak polychlorované dioxiny, furany a bifenyly. Princip dehalogenace anorganických materiálů byl přihlášen k patentování a postup je ověřován na zařízení se vsádkou 150 kg toxického materiálu. Výsledky mohou být využity k návrhu technologie zneškodňující tyto toxické odpady přímo v místě jejich vzniku. Postup lze rovněž použít pro sanaci starých zátěží (např. zemina s PCB nebo PCDD/F). Dosažený výsledek je podrobně popsán v následujících publikacích:
1. Pekárek, V., Hapala, P., Fišerová, E.: Metoda dehalogenizace a detoxifikace chlorovaných aromatických sloučenin. (Patentová přihláška).
2. Pekárek, V., Karban, J., Fišerová, E., Bureš, M., Pacáková, V., Večerníková E.: Why the fly ash acts as the dehalogenating agent? Odesláno do Environmental Science & Technology.
3. Grabic, R., Pekárek, V., Ullrich, J., Punčochář, M., Fišerová, E., Šebestová, M.: Effect of reaction time on PCDD and PCDF formation by de novo synthetic reactions under oxygen defficient and rich atmosphere. Odesláno do Chemosphere.
4. Pekárek, V., Grabic, R., Marklund, S., Punčochář, M., Ullrich, J.: Effects of oxygen on formation of PCB and PCDD/F on extracted fly ash in the presence of carbon and cupric salt. Chemosphere 43: 777-782, (2001).
4.10. Cíleně směrovaná polymerní cytostatika s hydrolyticky řízenou aktivací
Autoři z ÚMCH: K. Ulbrich, T. Etrych, J. Strohalm
V nedávné době byla ve spolupráci týmu chemiků ÚMCH AV ČR a biologů MBÚ AV ČR vyvinuta polymerní cytostatika umožňující cílenou terapii některých nádorových onemocnění. Tato léčiva obsahují molekuly klasického cytostatika vázaného na polymerní nosič tak, aby modifikovaný polymer byl netoxický, tedy i neaktivní. Součástí polymerního léčiva je i molekula protilátky, která je schopna dopravit cytostatikum k nádoru nebo vybranému typu nádorových buněk. V návaznosti na vhodně volenou strukturu polymerního nosiče dojde k uvolnění a tedy i aktivaci cytotoxického léčiva přednostně v nádorových buňkách, především v lysosomech účinkem lysosomálních enzymů.
Ačkoli je protinádorová aktivita těchto léčiv mnohonásobně vyšší nežli u dosud používaných klasických cytostatik, jejich struktura je poměrně složitá a příprava finančně náročná. V letošním roce se podařilo zjednodušit strukturu a tím i zlevnit syntézu protilátkami směrovaných cytostatik. Změna struktury léčiva vedla i ke změně mechanizmu jeho působení. K aktivaci cytostatika dochází v důsledku změny pH při přechodu léčiva z krve (pH 7,4) do nádorové buňky (pH 5), a to v každém typu nádorových buněk, tedy i těch s nedostatkem lysosomálních enzymů. Výhodou uvedené nové generace polymerních cytostatik je, kromě jednodušší a levnější přípravy, jejich větší protinádorová aktivita a pravděpodobně i zvýšená účinnost při léčbě širšího spektra nádorů. To však budou muset potvrdit v současné době probíhající biologické testy na zvířecích modelech.
Etrych, T., Jelínková, M., Říhová B., Ulbrich, K.: New HPMA Copolymers Containing Doxorubicin Bound via pH Sensitive Linkage. Synthesis, in vitro and in vivo Biological Properties. - J. Controlled Rel. 73: 89-102 (2001) .
Říhová, B., Strohalm, J., Kubáčková, K., Jelínková, M., Hovorka, O., Kovář, M., Plocová, D., Šírová, M., Šťastný, M., Rozprimová, L., Ulbrich, K.: Acquired and Specific Immunological Mechanisms Co-responsible for Efficacy of Polymer-bound Drugs.- J. Controlled Release 78:97-114 (2002).
Etrych, T., Chytil, P., Jelínková, M., Říhová, B., Ulbrich, K.: Synthesis of HPMA Copolymers Containing Doxorubicin Bound via a Hydrazone Linkage. Effect of Spacer on Drug Release and in vitro Cytotoxicity. - Macromolecular Bioscience 2:43-52 (2002).
Kovář, M., Strohalm, J., Etrych, T., Ulbrich, K., Říhová, B.: Star Structure of Antibody-Targeted HPMA Copolymer-Bound Doxorubicin: A Novel Type of Polymeric Conjugate for Targeted Drug Delivery with Potent Anti-Tumor Effect.- Bioconjugate Chemistry, in press.
Kovář, M., Strohalm, J., Ulbrich, K., Říhová, B.: In Vitro and In Vivo Effect of HPMA Copolymer-Bound Doxorubicin Targeted to Transferrin Receptor. - Pharmaceutical Research, submitted.
4.11. Organická elektroluminiscence - polymerní elektroluminiscenční diody
V. Cimrová, D. Výprachtický
V rámci výzkumu organické elektroluminiscence se zabýváme přípravou a studiem nových polymerních materiálů perspektivních pro vývoj polymerních diod emitujících světlo vhodných pro výrobu lehkých velkoplošných a flexibilních barevných displejů. Mezi výhody polymerních materiálů patří jejich velká variabilita, kdy změnou chemické struktury polymeru lze měnit nejen barvu emitovaného světla, ale je možné zvýšit i rozpustnost polymeru tak, že přípravu tenkých vrstev lze provádět použitím relativně snadných a levných technik (např. namáčení či rotační lití). Pro realizaci barevných displejů je v současné době největším problémem příprava účinných stabilních polymerních diod emitujících modré světlo. Proto jsme se zaměřili na přípravu a studium polymerů vhodných pro takové diody.
Připravili jsme nové luminiscenční polymery, substituované alternující polyparafenyleny a polyfluoreny, které vykazují intenzivní modrou fluorescenci s vysokým kvantovým výtěžkem v pevné fázi. V dalším kroku jsme připravili diody, ve kterých je aktivní polymerní vrstva tvořena směsí zmíněných luminiscenčních a nových transportních polymerů připravených na bázi poly(methylphenylsilanu). Ve srovnání s diodami z čistých luminiscenčních polymerů se nám u diod ze směsí podařilo zvýšit elektroluminiscenční účinnost o více než dva řády a zlepšit stabilitu modré emise i životnost diod. Zvýšení účinnosti bylo dosaženo zlepšením pravděpodobnosti rekombinace nosičů náboje ve směsi a vhodnou modifikací transportních vlastností. Stabilita modré emise byla zvýšena omezením tvorby agregátů ve směsi.
Cimrová, V., Výprachtický, D., Pecka, J., Kotva, R.: Organic Light-emitting Devices Based on Novel Blends," in Organic Photonic Materials and Devices II. - Donald D.C. Bradley, Bernard Kippelen, Editors, Proceeding of SPIE 3939: 164-171 (2000).
Výprachtický, D., Cimrová ,V., Machová, L., Pokorná, V.: Excimer Formation in Oligo[2,5-bis(hexadecyloxy)-1,4-phenylene]s Followed by Fluorescence Spectroscopy. - Collect. Czech. Chem. Commun. 66: 1473-1489 (2001).
Cimrová, V., Výprachtický, D.: Efficient Blue Light Emitting Devices Based on Polymer Blends. - Proceedings of the European Conference on Organic Electronics and Related Phenomena, 2001, pp. 151-152.
4.12. Nová peptidasa z lidského mozku
Častou příčinou neurodegenerace, tj. trvalého poškození nervových buněk, je zvyšování koncentrace koncentrace kyseliny glutamové (glutamátu) v nervových synapsích například při mozkové mrtvici nebo dlouhodobém diabetu. Kyselina glutamová je významným přenašečem nervových vzruchů, ale její nadbytek může způsobit poškození nebo smrt neuronů. Důležitým zdrojem této látky je enzym vázaný na membránu, nazývaný glutamátkarboxyláza II, která vyštěpuje kyselinu glutamovou z molekuly jistého peptidu. Bylo prokázáno, že blokování aktivity tohoto enzymu opravdu snižuje koncentraci glutamátu v synapsích a tím i poškození nervových buněk. Tak se tento enzym stává důležitým cílem farmaceutického výzkumu.
V naší laboratoři se podařilo poprvé připravit a vyčistit rekombinantní formu tohoto enzymu tak, že jsme gen pro glutamátkarboxylázu II vložili do hmyzích buněk. Díky tomu jsme mohli prozkoumat jeho substrátovou specificitu (tj. zjistit, které peptidy štěpí) a najít jednoduchý test jeho aktivity pro ověřování možných inhibitorů. Pomocí serie mutantů tohoto enzymu jsme zjistili, že pro jeho aktivitu je klíčová přítomnost cukerných zbytků na učitých místech jeho molekuly a získali další informace o struktuře tohoto důležitého enzymu, které budou využity k návrhu nových, specifických inhibitorů.
Publikace:
Bařinka, C., Rinnová, M., Šácha, P., Rojas, C., Majer, P., Slusher, B.S. and Konvalinka, J. (2001). Substrate Specificity, Inhibition and Enzymological Analysis of Recombinant Human Glutamate Carboxypeptidase II. J. Neurochem., in press.
4.13. Nové purinové acyklické nukleosidfosfonáty s antineoplastickým účinkem
Bylo ukončeno studium přípravy a vlastností velké skupiny N6-substituovaných purinových acyklických fosfonátových analogů nukleotidů (ANP) PME-, PMP- a HPMP-řady odvozených od adeninu a 2,6-diaminopurinu. Na základě studia jejich cytostatického účinku in vitro bylo vybráno 5-7 perspektivních látek pro další výzkum jejich antineoplastických účinků in vivo.
Popis výsledku
Acyklické nukleosidfosfonáty (ANP) jsou významnou skupinou antimetabolitů s poměrně širokým biologickým účinkem. Doposud hlavně dvě látky - cidofovir (HPMPC, Vistide®) s účinkem proti DNA virům a tenofovir (PMPA, Viread®) - proti původci AIDSu, viru HIV přitahují obecnou pozornost, zatímco adefovir (PMEA) s velmi nadějným účinkem proti hepatitidě B je v závěrečné fázi klinických zkoušek. Před šesti lety1 jsme objevili další významnou skupinu ANP, N6-substituovaných 6-aminopurinových acyklických nukleosidfosfonátů, z nichž některé měly extrémní účinnost proti viru Epsteina-Barrové (původci mononukleosy)2 a cytomegalovirům3,4. Mimořádně zajímavou se však jevila také cytostatická aktivita některých těchto látek.5
V průběhu řešení komplexního projektu GA ČR (203/96/K001) jsme syntetizovali velkou skupinu (okolo 150) nových látek tohoto typu, sestávající z pěti skupin lišících se strukturou postranního řetězce, a to ve dvou řadách odvozených od adeninu a 2,6-diaminopurinu. Ve všech případech byla 6-aminoskupina báze substituována jedním nebo dvěma substituenty alkylového, alkenylového, alkynylového, arylového, cykloalkylového a subst.alkylového charakteru. Po podrobném prostudování jejich účinku in vitro na čtyřech buněčných liniích jsme z nalezené strukturně-aktivitní závislosti vybrali pět látek řady PMEDAP a dvě látky řady PMEA s optimálním účinkem6. Ty tvoří základ dalšího biochemického a biologického studia směrovaného na terapii nebo koterapii nádorových onemocnění. Ukazuje se, že nejméně v jednom případě působí tyto látky jako profarmaka, z nichž zřejmě působením dosud neznámé AMP deaminasy6,7,8 vázané k buněčné mebráně vzniká odpovídající derivát guaninu. V pokusech in vivo na potkanech jevily zkoumané látky vysoký účinek na modelu T-buněčné leukemie, avšak s malou šířkou pásma bezpečnosti9. V současné době je předmětem našeho dalšího zkoumání (Cílený projekt S4055109) jejich buněčný metabolismus, mechanismus účinku a - ve spolupráci s výzkumnou skupinou partnerské americké firmy - syntéza vhodných profarmak těchto látek, stanovení jejich farmakologických parametrů a cytostatických účinků na dalších modelech neoplasií.
Literatura
1. Holý,A.; Snoeck,R.; Balzarini,J.; Andrei,G.; De Clercq,E. Antiviral activity of 2-phosphonomethoxyalkyl derivatives of N6-substituted 6-aminopurines. Antiviral Res. 1995, 26, A231. International Conference on Antiviral Research, Santa Fe, April 1995
2. Meerbach,A.; Neyts,J.; Holý,A.; De Clercq,E. Inhibitory effect of 2-phosphonomethoxyalkyl derivatives of N6- substituted 6-aminopurines on Epstein-Barr virus (EBV). Antiviral Res. 1996, 30, A51.
3. Snoeck,R.; Andrei,G.; Holý,A.; De Clercq,E. Antiherpetic activity of new acyclic nucleoside phosphonate derivatives. Abstract Book. 1996, 130. 36th Interscience Conference on Antimicrobial Agents and Chemotherapy (ICAAC),New Orleans, Louisiana, U.S.A., September15-18,1996.Abstract # F174.
4. Snoeck,R.; Andrei,G.; Holý,A.; De Clercq,E. Activity of N6-substituted adenine and 2,6-diaminopurine acyclic nucleoside phosphonates against human cytomegalovirus (CMV) and other herpesviruses. Abstract Book 1997.6th Int. Cytomegalovirus Workshop, Orange Beach, Alabama,USA, March 1997.
5. Holý,A.; Zidek,Z.; Votruba,I. Inhibition of murine lymphocyte proliferation by N-6-substituted acyclic purine nucleoside phosphonates. Collect. Czech. Chem. Commun. 1996, 61, S182-S187. Xth Symp. on the Chemistry of Nucleic Acid Components, Třešť Castle, Czech Republic, September 1996.
6. Holý,A.; Votruba,I.; Tloušťová,E.; Masojídková,M. Synthesis and cytostatic activity of N-[2-(phosphonomethoxy)alkyl] derivatives of N6-substituted adenines, -2,6-diaminopurines and related compounds. Collect. Czech. Chem. Commun. 2001, 66, 1545-1592.
7. Hatse,S.; Naesens,L.; De Clercq,E.;Balzarini,J. N-6-cyclopropyl-PMEDAP: A novel derivative of 9-(2-phosphonylmethoxyethyl)2-6-diaminopurine (PMEDAP) with distinct metabolic, antiproliferative, and differentiation-inducing properties. Biochem. Pharmacol. 1999, 58, 311-323.
8. Naesens,L.; Hatse,S.; Segers,C.; Verbeken,E.; De Clercq,E.; Waer,M.;Balzarini,J. 9-(2-phosphonylmethoxyethyl)-N(6)-cyclopropyl-2,6-diaminopurine: A novel prodrug of 9-(2-phosphonylmethoxyethyl)guanine with improved antitumor efficacy and selectivity in choriocarcinoma-bearing rats. Oncol Res. 1999, 11, 195-203.
9. Valeriánová,M.; Votruba,I.; Holý,A.; Mandys,V.; Otová,B. Antitumour activity of N-6-substituted PMEDAP derivatives against T-cell lymphoma. Anticancer Res. 2001, 21, 2057-2064.
4.14. Impakt látek regulujících vývoj hmyzu na životní prostředí.
Nově vyvinutý metodický přístup, založený na radioznačení sledovaných látek , umožňuje jednoduchým způsobem hodnotit impakt látek ovlivňujících vývoj hmyzu na životní prostředí jako souhrn impaktů vyvolaných vlastní aplikovanou látkou a jejími půdními biodegradačními produkty, jejichž kvantita a kvalita je určována podmínkami in situ. V různých lokalitách Evropy byly takto z hlediska ekotoxicity testovány a srovnány jednak juvenoidy syntetizované v UOCHB, jednak látky šířeji užívané v současné zemědělské praxi. Přitom bylo prokázáno, že významné snížení celkového impaktu lze dosáhnout při užití v ústavu připravených, biologicky aktivních chirálních juvenoidů.
Popis výsledku
Vědecká originalita a aktuálnost předkládaného souboru publikací spočívá v tom, že umožňuje hodnotit kvalitu a použitelnost látky regulující vývoj hmyzu nejen pro vysokou biologickou aktivitu, ale poměrně jednoduchými postupy také z hlediska impaktu vlastní látky a jejích biodegradačních produktů na životní prostředí. Půdní biodegradační produkt může vykazovat vysokou toxicitu, i když původní, na povrchu aplikovaná látka je netoxická, případně naopak - biodegradace může významně snížit toxicitu mateřské látky a tak omezit zamoření zemědělských půd a spodních vod, což představuje efektivní způsob biotechnologické remediace.
Impakt látek regulujících vývoj hmyzu na životní prostředí bývá zpravidla sledován a udáván pouze pro aplikované látky samotné. Jejich biodegradace vlivem půdních mikroorganismů je předmětem řady studií, ale toxicita vznikajících produktů byla dosud sledována jen zcela ojediněle bez sledování rozdílů určenými podmínkami in situ, a to náročným způsobem založeným na izolaci jednotlivých produktů v čistotě potřebné pro jejich identifikaci hmotnostní spektrometrií.
Námi vypracovaný postup je založen na výběru a identifikaci mikrobiálního izolátu, který je schopen významně biodegradovat testovanou látku, ze vzorku půdy nebo sedimentu odebraného in situ4. K testování toxicity pomocí lidských buněk jsou použity chromatograficky oddělené frakce po kultivaci vybraného izolátu s testovanou látkou1. Významná úloha při průběhu půdní biodegradace připadá rozložení a pohybu biodegradačně aktivních mikroorganismů2,4,6. Ve spolupráci se zahraničními pracovišti byl analyzován vliv rozdílných podmínek in situ na celkový impakt7. Jeho součástí bylo také hodnocení metabolismu sledované látky v těle savců žijících v místě aplikace5. Snaha snížit impakt látek regulujících vývoj hmyzu na životní prostředí nás vedl k přípravě chirálních juvenoidů3 a průkazu rozdílné toxicity připravených enantiomerů.
Výsledek byl dosažen v rámci řešení projektu GA ČR 203/99/1447, na němž se podílely Ústav biochemie a mikrobiologie VŠCHT, Ústav experimentální botaniky AV ČR a Izotopová laboratoř I.lékařské fakulty UK. Vypracovaný přístup byl použit pro hodnocení juvenoidů syntetizovaných v UOCHB a výsledky byly v rámci dvou zahraničních dvoustranných spoluprací srovnány s látkami používanými v současné evropské zemědělské praxi (isoproturon - SRN, metalaxyl - Portugalsko).
Vypracovaný a ověřený postup je zásadně použitelný pro ochranu životního prostředí také při kontaminaci jinými látkami.
Publikace
1. Forman, S., Novák, J., Tykva,R., Káš,J., Wimmer, Z., Ruml,T.: Evaluation of toxicity of pesticides and their biodegradation products using human cells. - Chemosphere 46, 209-217 (2001).
2. Tykva, R., Klotz,D., Novák, J., Hoque,E.: Transportation of Pseudomonas sp. in selected sediments. - In: Int. Symp. Biotechnol. Remediation of Water Pollution by Acid Inorganic and Aromatic Chlorinated Compounds, UFZ Centre for Environmental Research, Leipzig, 2001, Abstracts, p.37.
3. Novák,J., Zarevúcka,M., Wimmer, Z., Tykva,R.: A comparison of the enantioselective reduction potential of the strain of Saccharomyces cerevisiae towards a selective ketone. - Biotechnol. Lett.23, 1517 - 1522 (2001).
4. Tykva, R., Klotz,D., Novák,J., Hoque,E.: Selection and transportation of Pseudomonas putida CM 103 in different sediments. - Water, Air and Soil Pollution, přijato do tisku.
5. Candeias,F., Ferreira,R., Tykva,R., Morais,C.: Biomarkers of exposition to metalaxyl and the induction of P 450 enzymes. - In: Biomarkers of Environmental Contamination Meeting, Portuguese Biochem. Soc., Povoa de Varzim, 2001, Abstracts, p.54. Poster.
6. Klotz,D., Tykva,R.: Mikrobiologische Besiedlung eines Kieses durch Sickerwasser aus einem Boden. - In: 9.Lysimetertagung, Bundesanstalt für alpenländische Landwirtschaft (BAL), Gumpenstein,2001, BAL Bericht, pp.177-179. Přednáška.
7. Tykva,R., Morais,C., Klotz,D.: Environmental contamination resulting from applied pesticides in Central Europe and the Mediterranean Region.- In: 5th Int.Smp. on Environmental Contamination in Central and Eastern Europe, Florida State University, Prague 2000, Abstracts, p.91. Přednáška,
