Evropský grantový projekt programu Horizont 2020 umožní vývoj přelomové neinvazivní mikroskopické technologie
Výzkumnému týmu Mariany Manuely Amaro z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského se povedlo společně s vědci z Vídeňské univerzity a Univerzity v Leidenu získat prestižní grant financovaný Evropskou unií s celkovým rozpočtem ve výši 3,9 milionu eur. Evropská grantová podpora nových a vznikajících technologií FET proactive je navržena tak, aby umožnila vývoj zcela nových a ambiciózních technologií napříč výzkumnými obory. Tým doktorky Amaro se ve svém výzkumném projektu zaměří na vyvinutí nové hybridní zobrazovací techniky, přesněji na optickou elektronovou mikroskopii blízkého pole (Optical Near-field Electron Microscopy - ONEM).
„Jsme hrdí na to, že jsme součástí týmu, který uspěl v tak vysoce konkurenční soutěži financované Evropskou unií. Tento grant nám umožní zásadně vylepšit zobrazovací techniky s vysokým rozlišením, jež jsou intenzivně využívány jak v biologickém výzkumu, tak v medicíně. Přístup kombinující optickou a elektronovou mikroskopii má navíc velký inovační potenciál a věříme, že vyústí ve vývoj unikátní techniky, jež umožní sledovat biologické systémy ve vysokém detailu,“ vysvětluje Mariana Manuela Amaro.
To nejlepší ze dvou světů
Jedná se o zcela nový přístup k mikroskopickým technikám, který je založen na fotoelektrickém efektu. Rozšíří tak soubor nástrojů biologů a odborníků z dalších vědeckých oborů o možnost pozorovat dosud neviditelné detaily nejrůznějších materiálů a biologických rozhraní, např. buněčných membrán. ONEM využívá to nejlepší ze dvou světů, neinvazivnost pozorování vzorku světlem a vysoké prostorové a časové rozlišení, nabízené elektronovou mikroskopií. Nová technologie významně inovuje metody zobrazování nejrůznějších povrchů a rozhraní. Procesy odehrávající se na rozhraní dvou prostředí jsou klíčové ať už v materiálových vědách, ve vývoji baterií nebo v biologii membrán. Zobrazování interakcí a struktur s nanometrovým prostorovým a milisekundovým časovým rozlišením, bez nutnosti přidávat kontrastní či jiné signál zesilující látky, či bez poškození vzorku silným zářením, je obrovskou výzvou.
V Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského v projektu spojí síly dvě pracoviště. Oddělení biofyzikální chemie pod vedením Radka Šachla a Oddělení nízkodimenzionálních systémů pod vedením Martina Kalbáče. Společně budou pracovat na vývoji speciálních povrchů nutných pro nanášení biologických vzorků do ONEM mikroskopu, designu a vývoji specifických částí mikroskopu a jeho implementaci v biologických oborech.
Vysoký potenciál pro vědecké i tržní využití
Cílem projektu je zkonstruovat nový ONEM mikroskop, který umožní měření ve vodných prostředích. Vzhledem k všudypřítomnosti vody v živých organismech je konstrukce a implementace neinvazivních zobrazovacích technik vhodných pro měření ve vodných prostředích důležité jak pro vědecké, tak klinické aplikace.
„ONEM plánujeme využít při studiu procesů souvisejících s buněčnou signalizací a hledáním vztahů mezi strukturou a funkcí proteinů. Nový mikroskop by měl dosáhnout rozlišení 3 nanometrů (3 miliontin milimetru), a to při vysokých frekvencích snímání v rozlišení několika milisekund po delší dobu, navíc bez poškození vzorku. Umožní rovněž zkoumání široké škály elektrochemických jevů, jakými jsou koroze, transport hmoty v bateriích a přepínání tekutých krystalů. Nová technologie najde také uplatnění v oblasti membránové biologie, při studiu vlastností bílkovin, nebo tvorby pórů, které jsou stále mimo dosah současných zobrazovacích technik,“ popisuje výzkum Mariana Manuela Amaro.
ONEM by rovněž mohl najít uplatnění v plasmonice, například při vylepšení biooptických senzorů. Usnadní tak návrh a konstrukci měřících zařízení, která budou stále důležitějším nástrojem jak ve vědeckých, tak v klinických aplikacích.
Technologie ONEM také poskytne stále vyhledávanější molekulární pohled na proteiny. Při takto pokročilém prostorovém a časovém rozlišení bezpochyby posílí naše chápání rozmanitých biologických procesů odehrávajících se v blízkosti buněčných membrán. ONEM má právě proto obrovský potenciál využití v biologii a medicíně.
Očekává se, že ONEM najde uplatnění nejen ve vědeckých odborech, ale i na trhu. Výzkum se však bude soustředit primárně na aplikace v materiálových vědách, biologii nebo medicíně. Tyto oblasti prověří tržní potenciál ONEM-u. Projekt bude probíhat v úzké spolupráci s uživatelskými zařízeními a průmyslovými partnery s cílem usnadnit a urychlit komercializaci této přelomové technologie.
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR rozvíjí vědecký odkaz nositele Nobelovy ceny, profesora Jaroslava Heyrovského, v oborechspojených s fyzikální chemií. Excelentnímu základnímu i aplikovanému výzkumu se na této veřejné výzkumné instituci věnuje přes dvě stě vědkyň a vědců, od nadějných mladých badatelů po světově uznávané špičkové odborníky. Teoreticky poznané a experimentálně získané znalosti fyzikálněchemických dějů probíhajících v molekulách a atomech mají význam pro průmyslovou katalýzu, výrobu a uchovávání energie, zdravotnictví i životní prostředí.
Elektronový mikroskop kombinovaný se světlem – Sciencemag.cz
Soukromníci dobývají blízký vesmír, NASA usiluje o Měsíc, ale má zpoždění – Deník N (denikn.cz)
Vědci získali miliony eur na vývoj pokročilého mikroskopu | www.mednews.cz
Lidové noviny | Rubrika: Medicína & věda | Strana 13 |20.01.2021 |
ČTK | Agenturní zprávy | 18.1.2021 | český, anglický jazyk
Ze Zdravotnictví | Strana 3 | 25.01.2021 |
