Karbosilanové dendrimery a dendritické látky pro bioaplikace a materiálovou chemii
(organická syntéza, nové matriály)
Dlouhodobě se věnujeme vývoji syntéz a postupů vedoucích k multivalentním karbosilanovým strukturám (dendrimery, dendrony, amfifily atd.). Bylo potvrzeno, že fosfoniové dendrimery, které jsme připravili, jsou schopné komplexovat terapeutické úseky nukleových kyselin (dendriplex) a v porovnání s běžně používanými amoniovými analogy vykazují účinnější transfekci do buňky spolu s nižší toxicitou. Modifikace fosfoniového dendronu nepolárním řetězcem ve fokálním bodě vede ke vzniku amfifilních molekul, které tvoří v závislosti na struktuře různé supramolekulární útvary (micely, lyposomy atd.). Tím se otevírají další možnosti a strategie v oblasti genové terapie a biomedicínských aplikací.
Aplikace multivalentních a větvených látek nabízí nová řešení také v oblasti katalýzy. Zabýváme se vývojem efektivních katalytických systémů, optimalizací reakčních podmínek a následných postupů, které přispívají k celkové udržitelnosti procesu.
Syntéza a biologická aktivita fluorovaných sacharidů
(organická syntéza)
Fluorované mono- a oligosacharidy se postupem času staly nenahraditelným nástrojem pro výzkum v glykochemii a glykobiologii. Nalezly uplatnění mimo jiné jako radiofarmaka v zobrazovacích metodách, inhibitory enzymů, molekulární sondy pro výzkum interakcí sacharidů s proteiny a komponenty zkušebních protinádorových vakcín. Syntéza fluorovaných oligosacharidů je stále nedostatečně rozvinutá. V naší skupině jsme se zaměřili na přípravu fluorovaných glykosyl donorů a akceptorů, studium jejich stereoselektivity při glykosylacích a jejich využití při syntéze biologicky významných sacharidových epitopů. Navázáním připravených fluorooligosacharidů na dendritické a jiné polyvalentní nosiče se vytvoří multivalentní prezentace epitopů, která mimikuje organizaci glykanů v buňkách a organismech.
Vývoj nových kompozitních materiálů pro odstraňování CO2
(nové materiály, fyzikální chemie)
Zaměřujeme se na přípravu, charakterizaci a využití pokročilých materiálů pro zachycování plynů, převážně CO2. Pro tento účel testujeme adsorbenty anorganického (např. vrstvené silikáty) i organického původu (porézní polymery), které modifikujeme dendrimery - vysoce rozvětvenými syntetickými makromolekulami s dobře definovanou velikostí, značným vnitřním objemem a velkým počtem funkčních skupin na povrchu. Tyto vlastnosti dendrimerů mohou vést ke zvýšení adsorpční kapacity a selektivity nového materiálu. Předmětem zkoumání je i využití dendrimerů či dendrimery modifikovaných adsorbentů k přípravě kompozitních materiálů vhodných pro efektivní dělení plynů.
Další témata výzkumu:
- Syntéza a protinádorová aktivita konjugátů organometalických komplexů se sacharidy
- Studium vlivu podmínek kondenzace látek v porézním prostředí
- Vývoj v oblasti fluorové chemie
- Návrh a příprava nových receptorů
- Nové směry v organokatalýze
Karbosilanové dendrimery jako nevirové nosiče terapeutických úseků nukleových kyselin
(organická syntéza.)
Cíleně pracujeme na optimalizaci molekulárního designu karbosilanových dendrimerů pro medicínské aplikace. Nedávno jsme ukázali, že kationtové dendrimery s fosfoniovými skupinami v porovnání s běžně používanými amoniovými vykazují nižší cytotoxicitu (testováno in vitro a in vivo). Následně se ukázalo, že naše připravené dendrimery jsou schopné doručit vybrané terapeutické úseky siRNA do buněk. Účinnost transfekce závisí struktuře substituentu na fosforu. Glykodendrimery (Glyco-DDMs) představují třídu nanočástic se slibnými vlastnostmi pro biomedicinální aplikace. Nedávno jsme poprvé předložili srovnávací studii jejich in vivo a in vitro toxicity. Karbosilanové Glyco-DDMs byly připraveny a důkladně charakterizovány. Testy in vitro cytotoxicity byly provedeny na třech různých hlodavčích buněčných liniích. Dále byla na rybích embryích dánia pruhovaného (Danio rerio) studována vývojová toxicita in vivo pomocí modifikovaného testu (fish embryo test-FET). V práci jsou poprvé publikována data in vivo vývojové toxicity pro třetí generaci karbosilanových Glyco-DDMs a dle dostupných zdrojů také obecně pro Glyco-DDMs jako skupiny nanočástic.
RSC Adv., 2017, 7, 18718-18723. DOI: 10.1039/c7ra01845b
Nanotoxicology, 2018, 12, 1–22. DOI: 10.1080/17435390.2018.1475582
Int. J. Pharm., 2019, 562, 51–65. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.03.018
Stereoselektivita při glykosylaci deoxofluorovanými thiodonory odvozenými glukosazidu a galaktosazidu
(organická syntéza)
Fluorované oligosacharidy mají velký potenciál jako molekulární sondy pro analýzu interakcí sacharid-protein pomocí 19F NMR. K plné realizaci tohoto potenciálu je nezbytné zvládnout syntézu fluorovaných glykosyl donorů a glykosyl akceptorů a získat znalost jejich anomerní stereoselektivity při glykosylacích. Připravili jsme čtyři fluorované gluko- a galaktosazidy ve formě thioglykosidových donorů a studovali jsme anomerní stereoselectivitu při reakci s modelovými monosacharidovými akceptory. Použili jsme preaktivační protokol s činidly Tf2O/Ph2SO. Nízkoteplotní NMR měření prokázala vznik kovalentního anomerního α-triflátu a obou anomerů oxosulfoniového triflátu při preaktivaci. Stereoselektivita glykosylace závisí na struktuře akceptoru a konfiguraci donoru. Glykosylace s D-galacto donory byla velmi citlivá na strukturu akceptoru a jevila jasný zvrat anomerní selektivity od 1,2-trans-β-glykosidů vznikajících s reaktivními akceptory k 1,2-trans-α-glykosidům, které přednostně vznikají s nereaktivními akceptory. Glykosylace s D-gluko donory jevila postupnou erozi β-selektivity s klesající reaktivitou akceptoru. Získaná data poslouží k odhadu stereoselektivity při glykosylacích s našimi fluorovanými donory a omezí tak zdlouhavé zjišťovaní selektivity přístupem „pokus-omyl“.J. Org. Chem. 2019, 84, 6405–6431. DOI: 10.1021/acs.joc.9b00705
Transport plynů membránami na bázi uhlíkatých molekulových sít
(nové materiály, fyzikální chemie)
Ve spolupráci s kolegy z Chung Medical University na Taiwanu se zabýváme studiem transportu plynů přes membrány na bázi uhlíkatých molekulových sít. Kompozitní membrány jsou tvořeny nosičem (porézní substrát z α aluminy, na němž je nanesena TiO2 mezivrstva) a velmi tenké uhlíkaté selektivní vrstvy. V poslední studii byl zkoumán vliv hrubosti povrchu substrátu a vliv viskozity PEI (polyetherimidového) roztoku použitého k přípravě uhlíkaté vrstvy na mezifázovou adhezi. Bylo zjištěno, že modifikace mezivrstvy TiO2 může zvýšit adhezi mezi selektivní vrstvou a substrátem kvůli mechanickému blokování, což vede současně k vysoké propustnosti a vysoké selektivitě. Drsnost je hlavním faktorem ovlivňujícím mechanický blokovací mechanismus, proto by tedy měla být regulována v určitém rozsahu, protože jak velmi drsný, tak i příliš hladký povrch nosiče mají nepříznivý dopad na účinnost membrány.Journal of Membrane Science, 2016, 510, 391. DOI: 10.1016/j.memsci.2016.02.036
Journal of Membrane Science, 2019, 580, 49. DOI: 10.1016/j.memsci.2019.02.070
Název
Řešitel
Jméno a příjmení
E-mail
Telefon
Pozice
Vedoucí vědeckého oddělení, Vědecký pracovník
Zástupce vedoucího vědeckého oddělení, Vědecký pracovník