Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Úspěch našich chemiků: Mezinárodní projekt „MultiDia“ otevírá nové cesty v supramolekulární chemii

Vědecký tým z Ústavu chemie slaví významný úspěch. V silné konkurenci získal financování od Grantové agentury ČR pro mezinárodní projekt s názvem MultiDia (Multitopic supramolecular guests based on extended diamantane). Projekt, který spojuje expertizu skupiny doc. Roberta Víchy a dr. Mariny Šekutor z chorvatského Institutu Ruđera Boškoviće – jejíž tým objevil molekulární vazby o rekordní síle – se zaměří na mimořádně perspektivní, avšak dosud jen málo prozkoumanou oblast supramolekulární chemie diamantanových derivátů. Tento úspěch nejen potvrzuje excelenci našeho výzkumu, ale také posiluje mezinárodní vědecké vazby a otevírá dveře k objevům, které mohou v budoucnu vést k vývoji molekulárních strojů či chytrých systémů pro doručování léčiv.

Klíčem k pokroku v moderní chemii je hluboké porozumění tomu, jak se jednotlivé molekuly navzájem rozpoznávají a spojují. Tato disciplína, známá jako supramolekulární chemie, zkoumá interakce, které nejsou založeny na pevných chemických vazbách, ale spíše na jemnějších silách. Celý proces si lze představit pomocí konceptu „host–hostitel“, kde větší molekula (hostitel) funguje jako molekulární kontejner, který specificky rozpozná a uzavře do sebe menší molekulu (hosta). Vědci v projektu MultiDia budou pracovat se dvěma klíčovými typy „hostitelů“: přírodními cyklodextriny (CD), které jsou pro svou nízkou toxicitu a biokompatibilitu klíčové například ve farmaceutických formulacích, a syntetickými cucurbit[n]urily (CBn), ceněnými pro jejich schopnost tvořit mimořádně stabilní komplexy ve vodném prostředí. Kromě těchto makrocyklických komponent se projekt zaměřuje na specifickou třídu molekul zvaných diamantoidy – uhlovodíkové klece připomínající svou strukturou krystalickou mřížku diamantu. Zatímco nejmenší zástupce této rodiny, adamantan, je v supramolekulární chemii velmi dobře prozkoumán, jeho větší „příbuzný“, diamantan, představuje téměř neprobádané území. Rozdíl v míře vědecké pozornosti je propastný: na desítky studií o adamantanu připadají jen jednotky věnované diamantanu, což ponechává jeho unikátní potenciál z velké části nevyužitý. Právě tuto mezeru se projekt MultiDia chystá zaplnit a prozkoumat unikátní vlastnosti této molekuly.

Cílem moderní chemie již není pouze objevovat existující molekuly, ale cíleně konstruovat zcela nové systémy s unikátními a předem definovanými vlastnostmi. Právě v tomto duchu přichází projekt MultiDia s revoluční myšlenkou. Hlavní hypotéza projektu spočívá v tom, že „rozšířením“ struktury molekuly diamantanu – v podstatě jejím prodloužením pomocí dalších molekulárních prvků – lze vytvořit zcela nové vazebné motivy, které se chovají naprosto odlišně od všeho, co bylo dosud popsáno.

Co to znamená v praxi? Tato inovace umožňuje, aby se na jednu molekulu „rozšířeného diamantanu“ navázalo více „hostitelských“ molekul najednou, ať už se jedná o dvojice, nebo dokonce trojice. Předběžné výsledky, které popsal Jiří Navrátil ve své diplomové práci (první místo v prestižní soutěži Cena Wernera von Siemense v roce 2024), jsou ohromující: zatímco standardní ligandy tvořily se zkoumanými hostiteli jen slabé komplexy 1:1 (s β-cyklodextrinem) nebo dokonce žádné (s γ-cyklodextrinem), modelový host obsahující fenylem rozšířenou diamantanovou klec vytvořil stabilní komplex 2:1 s β-CD a silný komplex 1:1 s γ-CD, což dokazuje kompletní změnu vazebných pravidel. Nejedná se tedy o pouhé vylepšení, ale o vytvoření kvalitativně nového vazebného motivu. Tým tak nezískává jen nový objev, ale konstruuje molekulární platformu schopnou organizovat více hostitelských molekul předvídatelným způsobem – což je brána k cílenému návrhu skutečně funkčních systémů.

Investice do základního výzkumu, jako je projekt MultiDia, jsou klíčové, protože pokládají základy pro technologie budoucnosti. Ačkoli se zkoumání interakcí na molekulární úrovni může zdát abstraktní, potenciální dopady tohoto projektu jsou mimořádně hmatatelné a slibné. Znalosti chování „rozšířeného diamantanu“ umožní vědcům navrhovat pokročilé funkční systémy s širokým spektrem využití.

Mezi nejzajímavější vize budoucích aplikací patří:

• Návrh molekulárních spínačů a senzorů: Vytvoření systémů, které dokážou reagovat na vnější podnět (např. změnu pH nebo přítomnost jiné látky), změnit svou strukturu či funkci, a tím například signalizovat přítomnost určité molekuly.
• Chytřejší systémy pro doručování léčiv: Vývoj precizně vyladěných molekulárních nosičů, které dokážou transportovat léčivo na konkrétní místo v těle a uvolnit ho až na základě specifického signálu.
• Nové typy supramolekulárních katalyzátorů: Sestavení molekulárních systémů, které zefektivní a zacílí chemické reakce s vysokou selektivitou, což může mít dopad v průmyslové výrobě i medicíně.

Složitost a ambice projektu MultiDia vyžadují spojení špičkových znalostí z různých oblastí. Úspěch projektu je proto postaven na silné mezinárodní spolupráci a komplementární expertíze obou partnerských týmů. Tým pod vedením doc. Víchy je uznávaný pro své dosavadní výsledky v oblasti supramolekulární chemie a designu tzv. „multitopických hostů“ – tedy složitých molekul navržených pro interakci s více partnery současně. Tým vedený dr. Šekutor naopak patří ke světové špičce v chemii samotných diamantoidů. Jejich průlomová práce vedla k objevu ultrastabilního komplexu, jehož vazebná síla konkuruje páru avidin–biotin – jedné z nejsilnějších známých biologických vazeb.

Spolupráce mezi oběma pracovišti již navíc úspěšně probíhá a stojí na pevných základech, včetně vzájemných přednášek a studentských stáží. Projekt MultiDia tak není jen příslibem nových objevů, ale i demonstrací síly mezinárodní synergie. Otevírá bránu k navrhování molekulárních systémů, které byly donedávna jen v rovině teorie, a s netrpělivostí očekáváme fundamentální posuny, jež z této spolupráce vzejdou.