Seznam anotací:

1. Expertní systém pro kapilární zónovou elektroforézu (ÚIACH)
2. Systém pro automatický sběr frakcí (ÚIACH)
3. Nové málo koordinující monokarbaboranové anionty (ÚACH)
4. Model homogenity průmyslového skla (ÚACH)
5. Relaxace rozpouštědla v biologických membránách: kvantitativní charakterizace za použití nového fluorescenčního barviva (ÚFCH JH)
6. Elektrochemie uhlíkových nanostruktur (ÚFCH JH)
7. Syntéza mesopórézní aluminy pro nové typy heterogenních katalyzátorů (ÚFCH JH)
8. Metodika charakterizace textury nových mikro- a mezo- nanoporézních látek pro transport hmoty v porézním prostředí (ÚCHP)
9. Studium kationtových komplexů niklu(II) s difosfinoaziny (ÚCHP)
10. Nové polymerní nosiče pro kultivaci kožních buněk (ÚMCH)
11. Nové biomateriály pro náhrady a regeneraci tkání (ÚMCH)
12. Ekdysteroidy s regulačním účinkem na vývoj a metamorfózu hmyzu (ÚOCHB)
13. Teoretický model pro výpočet spekter Ramanovy optické aktivity (ÚOCHB)
14. Nový způsob syntézy helicenů pomocí isomerizace aromatických cis, cis-dienetriynů za katalýzy komplexy tranzitních kovů (ÚOCHB)

---

4.1. Expertní systém pro kapilární zónovou elektroforézu
Křivánková, L., Gebauer, P., Pantůčková, P., Boček, P.:

Navrhli a propracovali jsme ucelený přístup k volbě vhodného elektrolytového systému pro kapilární elektroforetickou analýzu daného vzorku.
Přístup má dvě větve: jedna větev je založena na obecných pravidlech vyplývajících z teoretického rozboru a popisu elektroforetické migrace zón analytů a migrace systémových zón v daném operačním elektrolytovém uspořádání, druhá větev zpracovává dosud publikované výsledky stejných či podobných analytů pomocí počítačového programu na principech simulujících uvažování chemika, který je expertem v oboru elektroforézy.
První větev vymezí obecné podmínky pro vhodný elektrolytový systém, tj. vhodné rozmezí pH, vhodné protiionty i koionty, jejich pK a koncentrace, včetně dalších možných koiontů a protiontů. V úvahu je bráno jak hledisko elektromigračního chování, tak i hledisko vhodnosti pro nejčastější užívanou optickou detekci. Tato větev zahrnuje i princip správného postupu při kvantitativní analýze z plochy píků či z jejich výšky a vymezuje rovněž principy správné konstrukce elektrolytového systému pro stanovení stopových analytů v přítomnosti majoritních iontových látek výrazně ovlivňujících průběh separace jak v pozitivním tak negativním smyslu.
Druhá větev provádí selektivní výběr publikovaných systémů, které se dotýkají daného problému. Pro tento selektivní výběr jsme sestavili a odzkoušeli počítačový program, který užívá objektivní kriteria s nastavitelnými hraničními hodnotami. Tento přístup umožňuje najít a vybrat již publikované analytické řešení problému, který je aktuálnímu problému co nejpodobnější, i když přímá shoda zde není žádná.

1. Beckers, J. L., Boček, P.: The preparation of background electrolytes in capillary zone electrophoresis: Golden rules and pitfalls. Electrophoresis, in press
2. Beckers, J. L., Boček, P.: Multiple effect of surfactants used as additives in background electrolytes in capillary zone electrophoresis: Cetyltrimethylammonium bromide as example of model surfactant. Electrophoresis 2002, 23, 1947-1952.
3. Křivánková, L., Gebauer, P., Pantůčková, P., Boček, P.: Quantitation of trace analytes in CZE with UV-absorbance detection: A critical study of approaches based on peak height. Electrophoresis 2002, 23, 1833-1843.
4. Křivánková, L., Pantůčková, P., Gebauer, P. Boček, P., Caslavska, J., Thormann, W.: Chloride present in biological samples as a tool for enhancement of sensitivity in CZE analysis of anionic trace analytes. Electrophoresis, in press.
5. Křivánková, L., Očko, M., Popelínský, L., Boček, P.: Fast choice of separation conditions for analyses by capillary zone electrophoresis using an information system Xemic. Electrophoresis 2002, 23, 3364-3371.

---

4.2. Systém pro automatický sběr frakcí
Planeta J., Řehulka P., Chmelík J.: Navrhli a zkonstruovali jsme zařízení pro počítačem řízený sběr frakcí z eluentu chromatografické kolony na vzorkovací destičku hmotnostního spektrometru MALDI-TOF.
Zařízení jsme použili pro spojení superkritické fluidní chromatografie s hmotnostní spektrometrií MALDI TOF při separaci průmyslových silikonových olejů na bázi polydimethylsiloxanu. Frakcionace vzorku na jednotlivé spoty zvýšila rozsah měřených molekulových hmotností oligomerů a citlivost analýz.
Základem je mechanická část plotteru XY4140, kterou jsme rozšířili o držák terčíku pro MALDI. Další částí přístroje je námi zkonstruovaná hlavice, do které se upíná kapilára restriktoru ze SFC. Elektroniku jsme doplnili o mikroprocesor, který zabezpečuje řízení posuvu a komunikaci přes RS-232 s PC, kde běží hlavní řídící program. Přístroj umožňuje přesný posuv a zdvih hlavice, takže je možné reprodukovaně odebrat frakce z eluentu kolony na MALDI terčík.
V budoucnosti bude přístroj použit pro studium ionizace v MALDI-TOF spektrometru a pro spojení mikrokolonové kapalinové chromatografie s MALDI-TOF.

Planeta, J., Řehulka, P., Chmelík, J.: Sample deposition device for off-line combination of supercritical fluid chromatography and matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Anal. Chem. 2002, 74, 3911-3914.

---

4.3. Nové málo koordinující monokarbaboranové anionty (B)
B. Štíbr a kolektiv Oddělení syntéz, ÚACH AV ČR

Byla připravena řada nových aniontů tvořených unikátními uzavřenými boranovými klastry s jedním atomem uhlíku a 6-11 atomy boru. Tyto sloučeniny byly chemicky modifikovány tak, že některé z nich obsahují buď fenylový substituent na atomu uhlíku anebo jiný substituent na některém z atomů boru. Příslušné práce znamenají zcela zásadní přínos k chemii monokarbaboranových aniontů. Tyto látky patří ke třídě tzv. málo koordinujících aniontů, které jsou v současnosti sledovány z hlediska tvorby komplexních sloučenin s intenzivními katalytickými účinky (polymerace, hydrogenace a isomerisace organických sloučenin). Jsou též atraktivní pro vývoj nových typů selektivních extrakčních činidel pro odstranění radionuklidů z reálných odpadních produktů.

Anion 4-CB₈H₉^-



Práce vztahující se k tomuto tématu: B. Štíbr, O. L. Tok, W. Milius, M. Bakardjiev, J. Holub, D. Hnyk and B. Wrackmeyer:
The [closo-2-CB6H7]- ion: The first representative of the 7-vertex monocarbaborane series
Angew. Chem. Int. Ed. Eng. (2002) 41, 2126-2128.B. Štíbr and B. Wrackmeyer:
Recent developments in the chemistry of the nine-vertex monocarbaboranes.
J. Organomet. Chem. (2002) 657, 3-8.T. Jelínek, M. Thornton-Pett and J. D.Kennedy:
Monocarbaborane anion chemistry. Syntheses and structures within the closo nine-vertex system
Collect. Czech. Chem. Commun. (2002) 67, 1035-1050.Z. Janoušek, C. L. Hilton, P. J. Schreiber and J. Michl:
C-halogenation of the closo-[CB11H12]- anion
Collect. Czech. Chem. Commun. 67, 1025-1034 (2002).

---

4.4. Model homogenity průmyslového skla (C)
L. Němec a kolektiv Laboratoře anorganických materiálů, ÚACH AV ČR a VŠCHT Praha

Produkce technických skel vyžaduje mimořádnou homogenitu výsledného produktu. Ve společném projektu s firmou Schott Glas jsme navrhli a připravili kombinovaný matematický a experimentální model postihující historii defektů typu bublin v tavicím prostoru pro přípravu TV skla s perspektivou použití pro další typy technických skel. Experimentální data pro tento model byla získána originální metodou vysokoteplotního sledování dějů ve skelných taveninách spojenou s analýzou obrazu (tzv. shuttle method - viz Obr. 1). Stejné zařízení bylo instalováno v kooperující firmě. Navržený model byl detailně verifikován s cílem použití pro předpovědi počtu defektů ve vyráběném skelném produktu. Výpočty vycházející z laboratorních údajů ukázaly perspektivnost modelu pro nasazení v průmyslové produkci technických skel náročných na kvalitu. Model bude nyní použit pro předpovědi kvality TV skla na základě údajů z průmyslového zařízení.



Obr. 1: Vysokoteplotní snímek bubliny vykonávající ve skelné tavenině člunkový pohyb
Teplota 1200 °C

Němec L.: Engineering and chemistry of the glass-melting process.
Pure Appl. Chem. 74 (2002), (11), 2055-2063
Matyáš J., Němec L.: The behavior of bubble files in glass melting spaces.
Glastechn. Ber. Glass Sci. Technol. (v tisku)

---

4.5. Relaxace rozpouštědla v biologických membránách: kvantitativní charakterizace za použití nového fluorescenčního barviva
Martin Hof a Jan Sýkora

Buněčné membrány hrají klíčovou úlohu v mnoha fyziologických procesech. Podstatnou a dosud nezodpovězenou otázkou zůstává povaha a význam molekul vody, které se po interakci s lipidovou dvojvrstvou vyznačují naprosto odlišnými vlastnostmi než mají molekuly v roztoku. Charakterizaci tzv. "biological water" je možné studovat pomocí měření časově rozlišených fluorescenčních spekter, která sledují kinetiku relaxace solvátového obalu fluorescenční molekuly umístěné na definovaném místě v membráně [1]. Princip metody spočívá v tom, že dipólový moment fluorescenční molekuly v excitovaném stavu je jiný než ve stavu základním. Dipóly vody v okolí této molekuly se tak po excitaci dostávají do energeticky nerovnovážného stavu a musí změnit svoji polohu, aby se rovnováha obnovila. Přeskupování molekul vody má přirozeně vliv na fluorescenční spektra, která se v průběhu reorientace dipólů molekul vody posunují k nižším energiím. Zatímco tento tzv. červený posuv v čisté vodě nastává řádově během stovek femtosekund, v biomembránách se časová škála tohoto procesu posunuje až k jednotkám nanosekund [2]. Vedle charakterizace "biological water" poskytuje studium relaxace solventu přesnou informaci o fyziologicky relevantních změnách v biomembránách [1,3]. Jelikož výběr fluorescenčních barviv vhodných pro použití této metody nebyl dostačující, vyvinuli jsme značku, kterou je možné excitovat diodovým laserem v modré oblasti spektra. Použití této sondy vedlo k přesné charakterizaci "biological water" na rozhraní lipid - voda v biomembránách [3].

1. Hof, M.: Solvent Relaxation in Biomembranes. - In: Applied Fluorescence in Chemistry,
Biology and Medicine. Springer, Berlin 1999, pp. 439-456.
2. Sýkora, J., Kapusta, P., Fidler, V., Hof, M.: On What Time Scale Does Solvent Relaxation in Phospholipid Bilayers Happen? - Langmuir 18(3): 571-574 (2002).
3. Sýkora, J., Mudogo, V., Hutterer, R., Nepraš, M., Vaněrka, J., Kapusta, P., Fidler, V.,
Hof, M.: ABA-C15: A New Dye for Probing Solvent Relaxation in Phospholipid Bilayers.
- Langmuir 18(24): 9276-9282 (2002).

---

4.6. Elektrochemie uhlíkových nanostruktur
Ladislav Kavan, Jaromír Hlavatý a Pavel Janda

V roce 1999 pracovníci ÚFCH vyvinuli originální elektrochemickou metodu přípravy uhlíkových nanotrubiček a fullerenů (C₆₀, C₇₀) za pokojové teploty. Výzkum těchto materiálů a tzv. fullerenových lusků (vytvořených umístěním fullerenu dovnitř nanotrubičky) je prováděn elektrochemickými metodami, Vis-NIR a Ramanovou spektroskopií. Shlukováním fullerenu C₆₀ injekcí náboje vznikají uspořádaná pole fullerenových nanoklastrů. Nanotrubičky a organizované vrstvy fullerenů lze využít k templátování kovových (Cu) nanoklastrů při galvanické depozici.
U fullerenového lusku C₇₀ pracovníci zjistili symetrické zhášení optických spekter vlivem elektrochemického dopování. V iontových kapalinách při vysokých anodických potenciálech pozorovali nové optické přechody uvnitř pásu a modrý posun G-modu. Poprvé pozorovali zesílení Ramanských spekter intratubulárního fullerenu při elektrochemickém p-dopování C₆₀-lusku. Tento efekt je důsledkem anomální polohy elektronických stavů stěny lusku vůči poloze nejnižšího neobsazeného orbitalu fullerenu C₆₀. Tento orbital se může obsadit elektrony již při nízkých potenciálech katodických (n-dopování), avšak populace nižších orbitalů fullerenu C₆₀ zůstává zachována i při vysokých anodických potenciálech (silném p-dopování).
Dosažené výsledky mají především význam gnoseologický. Příprava a elektrochemické nanostrukturování orientovaných vrstev fullerenů má však aplikační potenciál pro molekulární elektroniku. Nadějná je možnost definovaného uspořádání měděných klastrů pro výrobu kontaktů v nanoelektronice.

1. Kavan, L., Dousek, F. P., Janda, P., Weber, J.: Carbonization of highly-oriented PTFE.
- Chem.Mater. 11: 329-335 (1999).
2. Hlavatý, J., Kavan, L., Kasahara, N., Oya, A.: Polymerisation of 1-iodo-1,3,5-hexatriyne and 1,3,5-hexatriyne: a new synthesis of carbon nanotubes at room temperature.
- Chem.Commun. 737-738 (2000).
3. Hlavatý, J., Kavan, L., Okabe, K., Oya, A.: Carbonaceous Polymers and Nanotubes from Alpha-Omega Dialkali Hexatriynides. - Carbon , 40: 1147-1150 (2002).
4. Kavan, L., Hlavatý, J.: Carbon Nanostructures from Perfluorinated Hydrocarbons .
- Carbon 37: 1863-1865 (1999).
5. Kavan, L., Rapta, P., Dunsch, L., Bronikowski, M. J., Willis, P., Smalley, R. E.: Electrochemical Tuning of Electronic Properties of Single Walled Carbon Nanotubes: In-situ Raman and Vis-NIR Study. - J.Phys.Chem.B 105: 10764-10771 (2001).
6. Kavan, L., Dunsch, L., Kataura, H.: In situ Vis-NIR and Raman Spectroelectrochemistry at Fullerene Peapods. - Chem.Phys.Lett. 361: 79-85 (2002).
7. Touzik, A., Hermann, H., Janda, P., Dunsch, L., Wetzig, K.: Nanostructuring of
Potassium Fulleride Layers. - Europhys. Lett. 60: 411-417 (2002).
8. Dunsch, L., Janda, P., Mukhopadhyay, K., Shinohara, H.: Electrochemical Metal Deposition on Carbon Nanotubes. New Diamond Front. Carbon Techn. 11: 427-435 (2001).

---

4.7. Syntéza mesopórézní aluminy pro nové typy heterogenních katalyzátorů
Jiří Čejka a Arnošt Zukal Mesopórézní oxidická molekulová síta představují nový typ pórézních materiálů s velmi dobře definovanými texturními vlastnostmi. Tato molekulová síta se vyznačují zejména vysokou plochou povrchu (u křemičitanových materiálů převyšující 1 000 m²/g, a u dalších oxidických materiálů dosahující hodnot nad 500 m²/g) a úzkou distribucí pórů, jejichž střední velikost je v oblasti 3-30 nm. Tyto vlastnosti předurčují mesopórézní molekulová síta jako nosiče pro přípravu nových typů heterogenních katalyzátorů a adsorbentů s vysoce specifickými vlastnostmi.
Prokázali jsme, že texturní vlastnosti mesopórézní aluminy Al₂O₃ závisí na podmínkách syntézy, na chemické povaze činidla (jako jsou např. vyšší karboxylové kyseliny nebo triblokové kopolymery) řídícího vnitřní organizaci mesopórézního molekulového síta, a na podmínkách teplotního zpracování syntetizovaného materiálu [1]. Velikost pórů mesopórézní aluminy je určena především délkou hydrofobního řetězce příslušné karboxylové kyseliny, nebo velikostí hydrofobní části triblokového kopolymeru. Při vysokoteplotním opracování mesopórézní aluminy dochází k fázovým přeměnám, při kterých se původně amorfní materiál mění na jednu z krystalických forem aluminy, tzv. d-aluminu [2]. Toto teplotní opracování vede k postupnému snížení plochy povrchu mesopórézní aluminy a k zvětšení průměru pórů.
Syntetizovanou mesopórézní aluminu jsme použili jako nosič oxidu molybdenového pro hydrodesulfurizaci thiofenu [3,4], a jako nosič oxidu rhenistého pro metatézi lineárních
1-olefinů. Obě reakce jsou základem významných velkotonážních petrochemických procesů. Aktivita těchto katalyzátorů využívajících mesopórésní aluminu je podstatně vyšší než aktivita komerčních katalyzátorů. To je zřejmým důsledkem vysoké plochy povrchu a organizované mesopórézní struktury syntetizovaného molekulového síta Al₂O₃ .

1. Čejka, J., Žilková, N., Rathouský, J., Zukal, A.: Nitrogen adsorption study of organized mesoporous alumina. - Phys. Chem. Chem. Phys. 3: 5076 - 5081 (2001).
2. Čejka, J., Kooyman, P.J., Veselá, L., Rathouský, J., Zukal, A.: High-temperature transformations of organised mesoporous alumina. - Phys. Chem. Chem. Phys. 4:
4823 - 4829 (2002).
3. Kaluža, L., Zdražil, M., Žilková, N., Čejka, J.: High activity of highly loaded MoS2 hydrodesulfurization catalysts supported on organized mesoporous alumina.- Catal. Commun. 3: 151 - 157 (2002).
4. Čejka, J., Žilková, N., Kaluža, L., Zdražil, M.: Mesoporous alumina as a support for hydrodesulfurization catalysts. - In: Nanoporous materials III (A. Sayari, M. Jaroniec, Eds.). Studies in Surface Science and Catalysis 141: 243 - 250 (2002).

---

4.8. Metodika charakterizace textury nových mikro- a mezo- nanoporézních látek pro transport hmoty v porézním prostředí
O. Šolcová, P. Schneider

V oblasti výzkumu a vývoje materiálového inženýrství je v současnosti v celosvětovém měřítku patrný prudký nárůst vývoje nových unikátních materiálů s vysoce selektivními účinky, ve kterém hrají významnou roli mikro- a mezo- nanoporézní látky (např. vývoj nových materiálů se zadanými vlastnostmi, vývoj mikro- a mezo- nanoporézních katalyzátorů pro bezodpadové technologie v chemickém průmyslu, vývoj separačních membrán a membránových reaktorů, aj.). Spolehlivý fyzikální popis transportu látek v těchto materiálech se stává nepostradatelnou součástí návrhu a regulace mnoha technologií a otvírá zcela nové možnosti jejich využití. Při studiu látkového transportu v porézním prostředí jsou proto mimo jiné nepostradatelné i informace o porézní struktuře studovaných porézních látek včetně nanostruktury.
V rámci výzkumu transportu hmoty porézním prostředím byla vyvinuta nová metodika charakterizace textury porézních látek včetně nanopórů. Metoda, která pomocí rozvinutí klasických rovnic pro texturní charakterizaci (BJH, BET) umožňuje rychlé určení objemu mikropórů v porézních látkách, a tím i rozlišení mikro- a mezo- nanostruktur, byla úspěšně aplikována také při testování spolehlivosti použitých betonů v jaderných elektrárnách ve Francii a České republice.
Precizní znalost textury porézních látek byla využita při systematickém studiu transportu plynů v porézním prostředí způsobeného vlivem gradientu tlaku a složení. Z permeace a protiproudé isobarické vícesložkové difuze s použitím modelu průměrného transportního póru byly získány transportní parametry sady porézních látek s různými typy porézních struktur převážně s mikro- a mezo- nanopóry s mono-, bi- či polydispersní distribucí pórů. Korelace obou typů informací vytváří nezbytný chemicko-reaktorově-inženýrský základ pro spolehlivé předpovídání a simulování procesů probíhajících s účastí póru.

1. Šolcová O., Šnajdaufová H., Schneider P.: Multicomponent Counter-Current Gas Diffusion in Porous Solids: The Graham's-Law Diffusion Cell. - Chem. Eng. Sci. 56: 5231-5237 (2001).
2. Hejtmánek V., Šolcová O., Schneider P.: Gas Permeation in Porous Solids. Two Measurement Modes. - Chem. Eng. Commun., in press.
3. Šolcová O., Schneider P.: Multicomponent Counter-Current Gas Diffusion: Determination of Transport Parameters. - Appl. Catal., A, in press.
4. Šolcová O., Schneider P.: Axial Dispersion in Single Pellet-String Columns with Non-Porous Packing. - Chem. Eng. Sci., submitted.
5. Šolcová O., Schneider P.: Application of Liquid-Expulsion Perm-Porometry (LEPP) to Commercial and Model Porous Solids. - Appl. Catal., A, submitted.

---

4.9. Studium kationtových komplexů niklu(II) s difosfinoaziny
J. Čermák, V. Blechta V katalýze komplexy přechodných kovů se v poslední době často studují takzvané "pincer" (česky pinzeta) komplexy obsahující obvykle ligandy s dvěma stejnými a jednu různou koordinující skupinou, které vytvářejí jednou stranou spojené polycyklické struktury se stejnou velikostí kruhů. Úhel koordinace takových ligandů je velmi vysoký (až 180^°); tím ligand řídí přístup látky, která má reagovat, pouze z jedné strany, což je výhodné pro selektivní vznik jen některých produktů.
V této práci jsme navázali na svoji předchozí syntézu nového typu pincer ligandů, difosfinoazinů, poskytujících cyklické komplexy s nestejnou velikostí kruhů. Poprvé jsme tak připravili komplexy niklu s difosfinoaziny s objemnými substituenty na atomu fosforu.





Komplexy byly charakterizovány obvyklým způsobem s použitím NMR a také elektrochemicky. Podařilo se nám rovněž vypěstovat monokrystaly čtyř z uvedených látek, určit jejich struktury rentgenovou difrakcí a detailně je v případě terc-butylových komplexů analyzovat. Srovnání struktur komplexů s různými halogeny (např. viz obr., R = Bu^t, X = I) nám umožnilo objasnit faktory, kterými se řídí stupeň tetrahedrální distorze, tedy odchylky struktury komplexů od uspořádání donorových atomů do čtverce směrem k uspořádání donorových atomů ve vrcholech čtyřstěnu. Tyto závěry jsme podpořili kvantově-chemickým výpočtem. Výsledky poslouží jako vodítko při dalším vývoji těchto ligandů pro katalyzátory reakcí tvorby vazeb uhlík-uhlík.

Almeida F.M.T., Carvalho M.F.N.N., Galvao A.M., Čermák J., Blechta V., Pombeiro A.J.L., Shaw B.L.: Cationic nickel(II) complexes with azine diphosphines - structural and electrochemical study. - Inorg. Chim. Acta 338: 201-209 (2002).

---

4.10. Nové polymerní nosiče pro kultivaci kožních buněk
J. Labský, K. Smetana, B. Dvořánková

Rozsáhlé kožní defekty vyvolané popálením nebo dlouhodobým proležením jsou vážným lékařským problémem. Nový způsob léčby byl vyvinut ve spolupráci ÚMCH AV ČR s 1. a 3. lékařskou fakultou UK v Praze. Je založen na přenosu vypěstovaných kožních buněk (keratinocytů) k defektu, a to na povrchu hydrofilních polymerních materiálů. Hlavním přínosem této techniky, která řeší náhradu ztráty kožního krytu pacienta, je možnost kultivace vlastních keratinocytů, které se následně přenesou na poraněnou plochu. Kromě toho polymerní nosič ránu zakrývá a příznivě ovlivňuje mikroklima v oblasti poranění.
Počáteční pokusy v oblasti přenosu kožních buněk na rannou plochu pracovaly s polymerními nosiči pokrytými pomocnou sítí speciálních buněk se zablokovanou schopností dělení, které zlepšují přilnavost kožních buněk k polymernímu nosiči a umožňují jejich počáteční růst. Nutnost vytvoření takové pomocné sítě však představuje komplikující mezistupeň procesu. V dalším výzkumu jsme se proto snažili vyvinout polymerní nosič umožňující pěstování kožních buněk bez použití buněk podpůrných. Ukázali jsme, že takové požadavky na polymerní nosič splňují hydrogely k jejichž povrchu byly na distančních spojkách navázány molekuly cukrů, které jsou schopny zprostředkovat potřebný kontakt mezi polymerním nosičem a kožními buňkami.
Dva pracovníci Ústavu makromolekulární chemie AV ČR, J. Labský a K. Smetana, byli v tomto roce za řešení uvedené problematiky oceněni národní cenou Česká hlava.



Kožní buňky (keratinocyty) vypěstované na hydrogelové fólii s chemicky vázanou manózou. Buňky je možno přenést na popálenou plochu.

Patenty:
1. Labský, J., Vacík, J., Smetana, K., Dvořánková, B.:
Polymerní nosič pro kultivaci keratinocytů s aktivními sacharidy.
PV. 1946-99
2. Labský, J., Vacík, J., Smetana, K., Dvořánková, B.:
Polymerní nosič pro kultivaci keratinocytů s lapači radikálů.
PV. 1947-99
3. Labský, J., Vacík, J., Smetana, K., Dvořánková, B.:
Polymer carrier for cultivation of keratinocytes.
PCT/CZ/ 99/00017
4. Labský, J., Vacík, J., Smetana, K., Dvořánková, B.:
Polymer carrier for cultivation of keratinocytes.
WO 99/64563
5. Labský, J.:
Polymerní nosiče s vázanými sacharidy pro imobilizaci biologických systémů.V patentovém řízení.

1. Labský, J., Dvořánková, B., Smetana, K., Holíková, Z., Brož, L., Gabius, H-J.:
Bioactive support for cultivation of human epidermal keratinocytes without feeder cells.
Biomaterials, in press
2. Labský, J.:
Azobenzene-mediated binding of D-Mannose to poly(2-hydroxyethyl methacrylate) hydrogels.
Biomaterials, in press

---

4.11. Nové biomateriály pro náhrady a regeneraci tkání
F. Rypáček, V. Proks, L. Machová, D. Kubies, Š. Popelka, R. Kotva, M. Lapčíková, V. Škarda, L. Bačáková, B.Dvořánková

Současný pokrok poznání v oblasti vývojové a buněčné biologie otevírá nové možnosti v medicíně při náhradách tkání a obnově biologických funkcí. Vyvíjejí se nové technologie využívající kmenových buněk a jejich schopnosti diferenciace do buněk orgánově specifických. Nezastupitelnou roli v nich mají polymerní biomateriály, které slouží jako podpůrná struktura pro buňky a po dobu vývoje tkáně zastupují roli vlastní mezibuněčné hmoty. Studovali jsme možnosti přípravy podpůrných struktur na bázi biologicky rozložitelných polymerů kyseliny mléčné, při čemž jsme se soustředili na technologie přípravy biologicky aktivních povrchů polymeru podporující selektivní přichycení a kontrolovaný růst buněk. Kontaktem se specifickými strukturami na molekulách mezibuněčné hmoty získávají buňky důležité signály a informace pro prostorovou organizaci tkáně. Připravili jsme peptidy se sekvencí aminokyselin odvozenou od primární struktury vybraných proteinů mezibuněčné hmoty a vyvinuli jsme techniky jejich navázání na blokové kopolymery. Depozicí blokových kopolymerů na povrch polymerního materiálu jsme pak připravili "kartáčové" povrchy nesoucí mozaiku vybraných funkčních skupin. Kombinací různých typů kopolymerů lze připravit povrchy s regulovatelnou přilnavostí pro buňky a tak selektivně podpořit růst určitých typů buněk. Prostudovali jsme fyzikální vlastnosti takových povrchů vypovídající o jejich uspořádání a stabilitě a při pokusech na různých typech tkáňových kultur jsme studovali selektivní interakci buněk s nimi. Vyvinutá technologie umožní připravit v organismu vstřebatelné polymerní biomateriály s různou prostorovou architekturou, selektivně stimulující osídlení kmenovými i orgánově specifickými buňkami a umožňující jejich další vývoj do organizované tkáně.

Publikace a patentové přihlášky:
1. Kubies, D., Machová, L., Brynda, E., Lukáš, J., Rypáček, F.:
Functionalized surfaces of polylactide modified by Langmuir-Blodgett films of amphiphilic block copolymers.
J. Mater. Sci., Mater. Med., v tisku
2. Proks, V., Machová, L., Popelka, Š., Rypáček, F.:
Biodegradable copolymers carrying cell-adhesion peptide sequences.
Adv. Exp. Med. Biol. (v tisku)
3. Bačáková, L., Lapčíková, M., Kubies, D., Rypáček, F.:
Adhesion and growth of vascular smooth muscle cells on lactide-based polymers.
Adv. Exp. Med. Biol. (v tisku)
4. Rypáček, F., Lapčíková, M., Machová, L.:
Polymer coatings for medical devices.
US Pat. Appl.(Pro) 60/357573, 2002
5. Rypáček, F., Dvořák, M., Kubies, D., Machová, L.:
Functionalized polymers of ?-amino acids and process of preparation thereof.
Czech Pat. Appl. PV 1738-98 (1998), PCT /CZ99/00016 (1999), WO 99/64495

---

4.12. Ekdysteroidy s regulačním účinkem na vývoj a metamorfózu hmyzu

Studium interakcí přesně definovaných ekdysteroidních ligandů s ekdysonovým receptorem pomocí 4D-QSAR a Comfa (Comparative Molecular Field Analysis) technik umožnilo detailní zmapování ekdysonového receptoru a formulování originální hypotézy farmakoforu. Získané poznatky byly využity při vyhledávání vhodných agonistů a antagonistů pro ovlivňování metamorfózy hmyzu.
Popis výsledku
Rostlinné ekdysteroidy - fytoekdysony - jsou analogy hmyzího metamorfozního hormonu ekdysonu. Nejrozšířenějším fytoekdysonem je 20-hydroxyekdyson, který je také účinný na hmyz. Metamorfozní účinek vykazuje ovšem většina ekdysteroidů (dnes je jich známo již více než 300) ¹.
Ekologický význam přítomnosti ekdysteroidů v rostlinách, z hlediska chemické interakce rostlin a hmyzu, nebyl zatím vysvětlen. Je komplikován značnou polaritou ekdysteroidů, a tudíž jejich neprostupností kutikulou hmyzu, a také omezeným potravním účinkem. Proto se zatím přímo nevyužívají k ochraně proti hmyzím škůdcům. Nadějnější je využití jejich agonistů a antagonistů působících na ekdysonový receptor hmyzu. V uplynulých letech jsme připravili a otestovali sérii několika desítek přírodních a strukturně modifikovaných ekdysteroidů, jako ligandů určených pro studium vztahů struktury a aktivity na ekdysonovém receptoru ^2-4. Biologické testování ekdysonové aktivity bylo provedeno testem in vitro, kde potence látky obráží vazební afinitu ligandu k vazebnímu místu ekdysonového receptoru v buněčných kulturách B_II buněk octomilky Drosophila melanogaster.
Přírodní ekdysteroidy byly izolovány z vyšších rostlin ⁵ nebo z hub ^6,7. Modifikované strukturní analogy byly připraveny chemickou nebo fotochemickou transformací 20-hydroxyekdysonu ⁸. Získaná data byla interpretována formou kvantitativních strukturně aktivitních vztahů ^2,3 (4D-QASR) a poprvé také formou komplexní hypotézy farmakoforu ⁹. Tyto výsledky nás vedly k návrhu dalších cílených strukturních modifikací a k přípravě nových bioanalogů, dokonce i nesteroidní povahy (např. lignanů, stilbenoidů) ¹⁰, které by mohly být využity pro hormonální nebo antihormonální regulaci vývoje hmyzu.

1. Lafont, R., Harmatha, J., Marion-Poll F., Dinan L., Wilson, I.D.: Ecdybase - The Ecdysone Handbook, 3rd Edition, Cybersales, Praha, 2002, pp.1-640; http://ecdybase.org
2. Harmatha J., Dinan L., Lafont, R.: Biological activities of a specific ecdysteroid dimer and of selected monomeric structural analogues in the B-II bioassay. Insect. Biochem. Molec. Biol., 2002, 32, 181-185.
3. Harmatha J., Dinan L.: Biological activity of natural and synthetic ecdysteroids in the B-II bioassay. Arch. Insect Biochem. Physiol. 1997, 35, 219-225.
4. Bourne P.C., Whiting P., Dhadialla T.S., Hormann R.E., Girault J.-P., Harmatha J., Lafont R., Dinan L.: Ecdysteroid 7,9(11)-dien-6-ones as potential photoaffinity labels for ecdysteroid binding proteins. J. Insect Sci. 2002, 2/11: 1-11;
online: insectscience.org/2.11
5. Vokáč K., Buděšínský M., Harmatha J.: Minor ecdysteroid components of Leuzea carthamoides. Collect. Czech. Chem. Commun. 2002, 67: 124-139.
6. Vokáč K., Buděšínský M., Harmatha J., Kohoutová J.: Ecdysteroid constituents of the mushroom Tapinella panuoides. Phytochemistry, 1998, 49: 2109-2114.
7. Vokáč K., Buděšínský M., Harmatha J., Píš J.: New ergostane type ecdysteroids from fungi. Ecdysteroid constituents of mushroom Paxillus atrotomentosus. Tetrahedron 1998, 54, 1657-1666.
8. Harmatha J., Buděšínský M., Vokáč K.: Photochemical transformatíon of 20-hydroxyecdv-sone: production of monomeric and dimeric ecdysteroid analogues. Steroids, 2002, 67, 127-135.
9. Dinan L., Hormann R.E., Fujimoto T.: An extensive ecdysteroid CoMFA. J. Computer Aided Molec. Design 1999, 13, 185-207.
10. Dinan L., Bourne P.C., Meng Y., Sarker S.D., Tolentino R.B., Whiting P.: Assessment of natural products in the Drosophila melanogaster BII cell bioassay for ecdysteroid agonist and antagonist activities. Cell. Mol. Life Sci. 2001, 58, 321-342.

---

4.13. Teoretický model pro výpočet spekter Ramanovy optické aktivity.

Přesné modelování spekter a ostatních molekulových vlastností se neobejde bez věrného popisu všech prostorových forem a také vlivu rozpouštědla. Výzkum těchto vlivů je však teprve v počátku. Abychom porozuměli tomu, jak se konformační rovnováha odráží v Ramanových a NMR spektrech peptidů, pokusili jsme se o jejich komplexní analýzu založenou na kvantově-chemických výpočtech pro modelový systém, cyklodipeptid cyklo(Pro-Pro). Tento přístup vedl k tomu, že bylo možné stanovit přesný poměr jednotlivých prostorových forem (konformací) ve vzorku. Vlastnosti rozpouštědla jsme se pokusili modelovat pomocí statického modelu, který jeho vlastnosti odvozuje z přesných výpočtů na fragmentech. Metoda byla skutečně schopná reprodukovat s vysokou věrností hlavní rysy infračerveného spektra vody.

---

4.14. Nový způsob syntézy helicenů pomocí isomerizace aromatických cis, cis-dienetriynů za katalýzy komplexy tranzitních kovů.

Ve skupině stereochemie na Ústavu organické chemie a biochemie, Akademie věd České republiky, jsme se zabývali přípravou helicenů. Tyto látky jsou malé uhlíkaté molekuly, které svým tvarem připomínají točité schodiště či pružinu. Vzhledem k tomu, že heliceny jsou přibližně stomilionkrát menší než např. pérko z běžné kuličkové tužky, můžeme je nazvat nanopružinami.
Využití helicenů bylo v minulosti omezeno jejich obtížnou dostupností. V naší laboratoři se nám podařilo vypracovat nový způsob přípravy těchto látek. Klíčovým krokem je rychlá izomerizace snadno dostupných reaktivních sloučenin účinkem kovových katalyzátorů. Ukázali jsme, že tato metoda má řadu předností oproti stávajícím postupům. Lze ji využít při syntéze různě dlouhých uhlíkatých šroubovic respektive jejich substituovaných analogů. Očekáváme, že naše výsledky přispějí k dalšímu uplatnění helicenů na poli katalýzy, materiálového inženýrství a nanotechnologie - oblasti, která se dnes těší velké pozornosti. Je možné, že se časem setkáme s heliceny i při konstrukci budoucích molekulárních počítačů.




Teplý, F., Stará, I. G., Starý, I., Kollárovič, A., Šaman, D., Rulíšek, L., Fiedler, P.: Synthesis of [5]-, [6]-, and [7] Helicene via Ni(0)- or Co(I)-Catalyzed Isomerization of Aromatic cis,cis-Dienetriynes. - J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9175-9180 .