NMR-omika
Design, syntéza a testování nových receptorů
Stanovování spin-spin interakčních konstant
NMR aerosolomika
Dlouhodobě se zabýváme novým přístupem k analýze polárních organických látek z aerosolů. Naše identifikace látek pomocí NMR je založena na porovnání chemických posunů signálů v 1H NMR spektru aerosolu se signály ze spektra dané látky v knihovně. K tomuto účelu jsme použili software Chenomx, který je určen k identifikaci látek ve spektrech složitých matricí, jako jsou například vzorky tělních tekutin, a který využívá vlastní knihovnu spekter. Pro analýzu aerosolů jsme knihovnu účelně rozšířili o látky běžně obsažené v aerosolech, a tak jsme mohli operovat s knihovnou čítající okolo 150 spekter látek. Tímto způsobem se nám podařilo identifkovat až 60 látek v každém ze vzorků. Vzorky pocházely z Prahy – Suchdola, kde byly sbírány v průběhu letní a zimní kampaně. Díky našemu přístupu byly identifikovány tři nové látky a u čtyř dalších látek byla poprvé potvrzena jejich přítomnost v aerosolových částicích. Koncentrační profily identifikovaných látek posloužily jako podklady pro pokročilou statistickou analýzu. Letní a zimní vzorky vykázaly velkou míru separace ve vícerozměrné statistické analýze a dále jsme pozorovali zajímavé trendy ve složení jednotlivých velikostních frakcí při pokusu o separaci na základě velikosti aerosolových částic. Pomocí jednorozměrné statistické analýzy byly určeny látky odpovědné za separaci skupin a u těchto látek byly identifikovány jejich potenciální zdroje. Látky se zvýšenými hladinami v zimě pochází hlavně z antropogenních zdrojů, zatímco látky zvýšené v létě jsou produktem biogenních i antropogenních zdrojů. Právě na určování zdrojů se zaměříme v našem dalším výzkumu.
ACS Omega 2020, 5, 36, 22750-22758. DOI: 10.1021/acsomega.0c01634
NMR Metabolomika
Raná detekce rakoviny slinivky u pacientů s cukrovkou 2. typu
Pomocí 1H NMR spektroskopie zkoumáme metabolické změny v krevní plazmě vyvolané rakovinou slinivky. V původní práci jsme ve vzorcích krevní plazmy pacientů a zdravých kontrolních jedinců stanovovali koncentrační profily asi 60 metabolitů. Získaná data posloužila jako vstup pro vícerozměrnou statistickou analýzu, která ukázala jasné dělení obou skupin. Největší změny byly nalezeny v koncentracích 3-hydroxybutyrátu a laktátu. Tyto výsledky ukázaly potenciál, jaký může mít 1H NMR spektroskopie pro diagnózu rakoviny slinivky. Tato práce vyšla v roce 2018 v časopise Analyst. V následné studii jsme se zaměřili na detekci rakoviny slinivky u pacientů s cukrovkou 2. typu. Největší riziko rakoviny slinivky mají pacienti, u kterých byla cukrovka nově diagnostikována. Jako diabetes mellitus 2. typu bývá často označen i tzv. pankreatogenní diabetes, který je některými odborníky považován za první projev rakoviny slinivky. Proto byla naše další práce směřována k diskriminaci pacientů s rakovinou a pacientů s cukrovkou. Tato diskriminace nám následně umožnila vytvořit predikční model, dle kterého můžeme nové cukrovkáře klasifikovat dle pravděpodobnosti, zda se u nich v budoucnu vyvine rakovina slinivky či se spíše stanou stabilními diabetiky 2. typu. Tato práce byla nedávno publikována v časopise Journal of Proteome Research. Celkově bylo analyzováno 59 vzorků krevní plazmy nově diagnostikovaných diabetiků. U 6 vzorků byla stanovena 80% pravděpodobnost vzniku rakoviny slinivky. Následná lékařská vyšetření aktuálního stavu těchto pacientů ukázala ve čtyřech případech změny v patologii slinivky. V jednom případě byla přímo diagnostikována rakovina, ve třech dalších byl odhalen vznik nebezpečných lézí, které jsou považovány za její první projevy. Tato práce vznikla ve spolupráci s Ústřední vojenskou nemocnicí a Vysokou školou chemicko-technologickou v Praze.
Analyst, 2018, 143, 5974. DOI: 10.1039/c8an01310a
J Proteome Res. 2021, accepted. DOI: 10.1021/acs.jproteome.0c00990
Receptory pro komplexaci aniontů a chirální rozpoznání
Pro interakci s kyslíkatými sloučeninami, jako jsou alkoholy, aldehydy, ketony či karboxylové kyseliny, byly navrženy a syntetizovány receptory využívající axiálně chirální strukturu binaftyldiaminu. V rámci pilotní studie byl potom určen způsob interakce připravených receptorů a chirálních alkoholů. Struktura vznikajícího komplexu byla navržena na základě experimentálních NMR dat a potvrzena DFT výpočty. Následovala studie vlivu jednotlivých substituentů na komplexační vlastnosti připravovaných receptorů. Jako substráty byly použity různé arylpropanové kyseliny známé z medicinální chemie jako profeny. V rámci této studie se mimo jiné stanovovaly detekční limity obou enantiomerů daného substrátu. Připravené močovinové receptory založené na struktuře binafityldiaminu byly úspěšně využity pro určení enantiomeru ethyl 4-chloro-3-hydroxybutyrátu vznikajícího při reakci v mikrofluidním reaktoru. V tuto chvíli se pracuje na kotvení funkčních receptorů na různé struktury nosičů.
Interakce receptorů s alkoholy, Chirality 2018, 30, 798–806. DOI:10.1002/chir.22855
Komplexace profenů, Chirality 2019, 31, 410– 417. DOI:10.1002/chir.23067
4-chloro-3-hydroxybutyrát, J Flow Chem 2019. DOI:10.1007/s41981-019-00043-y
V rámci řešení projektu Nové nanomateriály pro separaci aniontů, podpořeného GAČR, se prováděla studie popisující vlastnosti námi připravených receptorových skupin vhodných pro komplexaci fosfátu. Detailním zkoumáním vlivů substituentů nesených základním skeletem receptoru na kyselost protonů v jednotlivých částech molekuly se podařilo porozumět principům chování těchto látek v přítomnosti fosfátového aniontu. Pro zvýšení efektivity receptoru se jako akceptor elektronů ze systému konjugovaného s močovinovým komplexačním místem používala sulfonamidová skupina. Ukázalo se, že vhodnou chemickou modifikací elektronového okolí této skupiny lze odstranit náchylnost receptoru k nechtěné deprotonaci. Kyselost vodíku sulfonamidové skupiny lze naopak využít k zavěšení celé receptorové skupiny na vhodný nosič.
ChemPlusChem 2020. DOI:10.1002/cplu.202000326
NMR experimenty pro měření interakčních konstant mezi ekvivalentními atomy
SYMONA, Journal of Magnetic Resonance 2019, 298, 107. DOI:10.1016/j.jmr.2018.12.002
STRONG INADEQUATE, Magn Reson Chem. 2019, 57(12), 1107.DOI:10.1002/mrc.4897