SPECIÁLNÍ SEKCE
ZÁZRAK
ŽIVOTA
Ž
ivot je nejúchvatnějším jevem, který se rozšířil na naší
planetě, a jen počet kapek v moři či zrnek písku v poušti snese srovnání s počtem živých tvorů, kteří společně
s námi obývají Zemi. Nikdy nejsme sami. I na nejodlehlejší místa nás provázejí miliardy mikroskopických tvorů,
kteří s námi žijí někdy v symbióze a jindy jen k vlastnímu
prospěchu; najdeme je v útrobách svého těla i na jeho povrchu. Svým zrakem, jenž sám o sobě patří k největším zázrakům přírody, pak můžeme spočinout na dalších tvorech,
kteří kolem nás chodí, plavou, létají, nebo třeba kvetou.
Řada organismů může významně ovlivnit kvalitu našeho života: některé vylepšují naše trávení, jiné nám slou-
ží za potravu – a ještě další naopak s povděkem uvítají nás
samotné jako zdroj nové potravy a energie a naše těla jako
báječné nové příbytky. Čím více toho o svých společnících
na pozemské pouti víme, tím větší máme šanci ovlivnit své
postavení v této hře.
Ve speciální sekci vám představujeme pět ústavů Akademie věd České republiky a tři pracoviště Českého vysokého učení technického v Praze. Vědci a další odborníci
se v nich zabý vají nejr ůznějšími organismy od těch
nejmenších až po člověka, aby nám pomohli k lepšímu
zdraví, čistšímu prostředí a kvalitnějšímu životu.
Redakce
červenec 2012, www.sciam.cz 41
Z Á ZR AK ŽIVOTA
MIKROBIOLOGICKÝ ÚSTAV AV ČR, v. v. i.
SPECIÁLNÍ SEKCE
Před 60 lety vznikla Akademie věd,
před 50 lety Mikrobiologický ústav
Počet publikací
v impaktovaných časopisech
za rok 2011: . . . . . . . . . . . 167
Počet patentů udělených v ČR
v roce 2011: . . . . . . . . . . . . 1
Počet přihlášek vynálezů
v zahraničí v roce 2011: . . . . . 5
Počet projektů podpořených
Evropskou unií: . . . . . . . . . 11
Počet pracovníků: . . . . . . 581
Počet PhD.-studentů: . . . . . 134
Počet diplomantů: . . . . . . . 88
O vybudování Československé akademie
věd se reálně začalo uvažovat nedlouho po
osvobození. Důležitým krokem k vytvoření
moderních vědeckých pracovišť bylo zřízení
ústředních vědeckých ústavů podle zákona
přijatého 7. 12. 1949. Dne 1. července 1950
zahájil v Praze činnost mimo jiné i Ústřední
ústav biologický (ÚÚB).
29. října 1952 přijalo Národní shromáždění zákon o ČSAV a na jeho základě byla
ustanovena ČSAV na slavnostním shromáždění, které se konalo 17. listopadu téhož
roku v Národním divadle.
ÚÚB se do nově vzniklé Akademie věd
zařadil pod názvem Biologický ústav ČSAV,
který se v r. 1962 rozdělil na samostatný Mikrobiologický ústav, Ústav experimentální
biologie a genetiky, Ústav experimentální
botaniky a další laboratoře. O rok později,
v polovině r. 1963, se Mikrobiologický ústav
přestěhoval do nově vybudovaného areálu
v Praze 4 – Krči. Součástí Mikrobiologického ústavu se od samého začátky stala i Laboratoř pro výzkum řas v Třeboni a Laboratoř gnotobiologie v Novém Hrádku.
Během 50 let své existence se Mikrobiologický ústav stal jednou z nejvýznamnějších vědeckých institucí v České republice,
které se zabý vají zák ladním v ýzkumem
v oboru mikrobiologie a imunologie. Kromě
základního výzkumu přináší i řadu biotechnologických aplikací.
Ivan Málek na Lékařské fakultě UK
v Hradci Králové vytvořil pracovní skupinu, která se později stala základem
Mikrobiologického oddělení Ústředního
ústavu biologického. Významně se
zasloužil o československou mikrobiologii a přispěl zejména k metodě kontinuální kultivace mikroorganismů.
Užitečné mikroorganismy
KO N TA K T Y:
Mikrobiologický ústav
Sektor biogeneze a biotechnologie přírodních látek se zabývá především fyziologií a genetikou aktinomycet a vláknitých hub, produkujících sekundární metabolity s farmakologicky významnými účinky, dále genetikou,
AV ČR, v. v. i.
Vídeňská 1083
142 20 Praha 4
tel.: +420 296 442 341
fax: +420 296 442 201
e-mail: [email protected]
42 Scientific American České vydání, červenec 2012
Zdravěji
a v čistším světě
Sektor buněčné a molekulární mikrobiologie studuje regulaci genové exprese, buněčnou diferenciaci, vliv vnitřních a vnějších
podmínek na buněčné funkce, mechanismy
buněčného stárnutí, význam cytoskeletální-
fyziologií a biotechnologií vláknitých hub izolovaných z různých přírodních zdrojů. Zkoumáme také vznik odolnosti bakterií vůči antibiotikům a biotransformace přírodních látek
a vyvíjíme enzymové technologie.
www.biomed.cas.cz/mbu/cz
ho aparátu při buněčném dělení a molekulární základy bakteriální patogenicity. Praktické uplatnění nachází již dnes studium nadprodukce aminokyselin používaných jako
potravní doplňky či studium mechanismů
časné interakce bakteriálních patogenů s hostitelem. Usilujeme také o využití mikrobních
společenství při čištění extrémně znečištěných lokalit. Mezi zkoumané mikroorganismy patří především bakterie a kvasinky.
Život z vody a světla
Sektor fototrofních mikroorganismů sídlí
u Opatovického rybníka v Třeboni. Výzkumný program tohoto sektoru se zaměřuje na studium fotosyntetických mikroorganismů, tj.
zelených řas, sinic a fotosyntetických bakterií.
Studuje produkční technologie řas, jejich optimalizaci a zpracování produktů jakož i různé způsoby využití řasové hmoty. Cílem prestižního projektu ALGATECH je vyvinout
nová kultivační zařízení a postupy zpracování
řasové biomasy pro výrobu biopaliv, krmiv,
„Organismy, jimiž se zabýváme,
mají mikroskopické rozměry,
ale jejich význam je nezměrný
a užitek z nich je obrovský.“
potravních doplňků a dalších cenných látek.
Projekt se také zaměřuje na výzkum v oblasti
fotosyntézy, na vývoj nových měřicích přístrojů a na výchovu studentů v těchto oblastech.
Prospěch z půdního světa
Sektor ekologie se zaměřuje na komplexní
fyziologickou, biochemickou a genetickou
charakterizaci půdních mikroorganismů
s využitím nejmodernějších technik molekulární biologie. Pozornost je věnována přede-
RNDr. Jiří Gabriel, DrSc., zástupce ředitele
vším metagenomice, metatranskriptomice
a metaproteomice. Mikroorganismy jsou studovány z hlediska rozkladu přirozené organické hmoty (opadu), ale i z hlediska biologického odbourání vybraných organických
nečistot. Tradičně zkoumáme mykorhizní
houby a výrazně jsme pokročili s detekcí lanýžů a s jejich umělou kultivací. Součástí
sektoru je i Sbírka kultur basidiomycetů, která uchovává několik stovek kmenů vyšších
hub. Z jedné z nich, slizečky porcelánové
(Oudemansiella mucida) izoloval Václav Musílek jediné původní československé antibiotikum Mucidin, které se dostalo do výroby
a lékařské praxe.
K lepší imunitě
Sektor imunologie a gnotobiologie se zabývá studiem vzniku a vývoje imunitní odpovědi, funkční charakterizací složek imunitního systému a regulací imunitní odpovědi. Zaměřujeme se na autoimunitní a nádorová
onemocnění. Cílená léčiva využívající polymerní nosiče, která byla vyvinuta v těsné spolupráci s Ústavem makromolekulární chemie
AV ČR, představují jednu z nadějných možností protinádorové terapie. Detašovaná laboratoř sektoru v Novém Hrádku v Orlických
RNDr. Martin Bilej, DrSc.
ředitel MBÚ AV ČR, v.v.i.
Výzkumná centra na MBÚ
v roce 2011
Centrum cílených terapeutik
Centrum molekulární a buněčné
imunologie
Výzkumné centrum pro studium
obsahových látek ječmene a chmele
Centrum molekulárních metod
monitorování difúzního znečištění
životního prostředí
Centra základního výzkumu
na MBÚ v roce 2011
Centrum molekulární biologie
a fyziologie společenstev kvasinek
Centrum funkční organizace buňky
Centrum biokatalýzy
a biotransformací
Centrum environmentální
mikrobiologie
Zapojení do projektu BIOCEV
horách využívá pro studium vztahů mikroorganismů a hostitele unikátní model bezmikrobních zvířat.
Mikrobiologický ústav je zapojen do
projektu BIOCEV, společného projektu šesti ústavů Akademie věd ČR
a dvou fakult Univerzity Karlovy
v Praze, jehož cílem je realizace
vědeckého centra excelence v oblastech biotechnologií a biomedicíny.
Mikrobiologický ústav vytváří expertní vědecké týmy, které budou v rámci
projektu zodpovědné za oblast prokaryotické a eukaryotické mikrobiologie
a imunologie.
červenec 2012, www.sciam.cz 43
SPECIÁLNÍ SEKCE
Z Á ZR AK ŽIVOTA
ÚSTAV MOLEKULÁRNÍ GENETIKY AV ČR, v. v. i.
50 let objevů
Počet publikací
citovaných více než 50krát
za období 2002–2011: . . . . . 42
Celkový počet citací
těchto publikací
v letech 2002–2011: . . . . 4828
Počet grantových projektů
řešených v roce 2012: . . . . 121
Počet pracovníků: . . . . . . 389
Počet PhD.-studentů: . . . . . . 91
Počet dipolomantů:. . . . . . . 32
Plocha
nové budovy UMG: . . .12 500 m2
Z toho plocha
laboratoří: . . . . . . . . .4500 m2
V roce 1962 byl založen Ústav experiment á l n í biolog ie a g enet i k y Č S AV
(ÚEBG), ředitelem se stal Milan Hašek,
vedoucí Oddělení experimentální biologie
a genetik y Biologického ústav u ČSAV
a spoluobjevitel imunologické tolerance.
V 60. letech se na ÚEBG zrodila československá imunogenetická škola: vedle
Haška například Pavol a Juraj Iványi, Jan
Klein, Tomáš Hraba, Ivan Hilgert, Věra
Hašková a Alena Lengerová. Hašek měl
blízko k Nobelově ceně a P. Iványi se významně podílel na pokusech, za které později dostal Nobelovu cenu Jean Dausset. Jan
Svoboda rozvíjel světově prioritní výzkum
retrovirů. Vedle hlavního sídla v Dejvicích
a několika laboratoří v Krči získal ÚMG
chovné a experimentální zařízení v Kolči.
S koncem nadějí roku 1968 skončila i tato slavná éra. Milan Hašek byl zbaven vedení ústavu, byly drasticky omezeny zahraniční kontakty. Mnozí pracovníci emigrovali a velmi úspěšně si vedli na nov ých
pů sobi š t íc h. Ja n K lei n se v USA st a l
v 70. letech zřejmě nejvýznamnějším svě-
tovým imunogenetikem; spoluobjevil imunologický význam MHC proteinů.
V r. 1977 byl ÚEBG spojen s několika
biochemickými laboratořemi ÚOCHB
a přejmenován na Ústav molekulární genetiky ČSAV. Ředitelem Ú MG se stal
pozdější předseda ČSAV Josef Říman. Od
té doby byla hlavním tématem ústavu molekulární biologie. Dřívější tradiční směry
– imunogenetika, retrovirologie a nádorová imunologie – pokračovaly stále více na
molekulární úrovni.
V 70. a 80. letech se J. Říman podílel na
objevu reverzní transkriptázy, J. Svoboda
objevil virogenii a V. Pačes určil sekvenci
jednoho z prvních virových genomů.
V r. 1991 se stal ředitelem Jan Svoboda
a v roce 1999 ho vystřídal Václav Pačes.
Po zvolení V. Pačesa předsedou Akademie věd České republiky se v roce 2005 stal
ředitelem Václav Hořejší.
V r. 2007 byla v krčském areálu AV ČR
dokončena nová budova ústavu. Popr vé
v historii tak mohla většina pracovníků
ÚMG sídlit v jednom centru.
Transgenní jednotka ÚMG
KO N TA K T Y:
Ústav molekulární
genetiky
AV ČR, v. v. i.
Vídeňská 1083
142 20 Praha 4
Tel.: +420 241 063 215
Tel.: +420 224 310 234
Fax: +420 224 310 955
E-mail: offi[email protected]
44 Scientific American České vydání, červenec 2012
Geneticky modifikované myší modely
se staly klíčov ým nástrojem základního
a biomedicínského výzkumu. Cílené úpravy genomu poskytují možnost řídit expresi vybraných genů a odhalovat jejich role
na úrovni celého organismu. To umožňuje
vytvářet modely genetických poruch a vyhodnocovat účinky léků a jiných látek.
Projekty programu „Výzkumná centra“ řešené na ÚMG v letech 2005–2011
Centrum molekulární a buněčné biologie Řešitel: Prof. RNDr. Václav Hořejší, CSc.
Centrum aplikované genomiky Řešitel: Prof. RNDr. Václav Pačes, DrSc.
Centrum cílených terapeutik Spoluřešitel: RNDr. Milan Fábry, CSc.
Projekty programu „Centra základního výzkumu“ řešené na ÚMG v letech 2005–2011
Centrum buněčné invazivity v embryonálním vývoji a metastázách nádorů
Řešitel: RNDr. Michal Dvořák, CSc.
Centrum ekologie vektorů a patogenů Spoluřešitel: Doc. Marie Lipoldová, CSc.
Fluorescenční mikroskopie v biologickém a lékařském výzkumu
Spoluřešitel: prof. RNDr. Pavel Hozák, DrSc.
Centrum funkční organizace buňky Řešitel: Prof. RNDr. Pavel Hozák, DrSc.
www.img.cas.cz
Do boje s alergiemi!
Podařilo se prokázat, že aktivace žírných
buněk vede k tvorbě doposud nepopsaných
mikrotubulárních výběžků, a na molekulární úrovni objasnit, jak vznikají. Klíčovou
roli mají výrazné změny ve vnitrobuněčné
koncentraci vápenatých iontů.
Žírné buňky (mastocyty) jsou důležitou
součástí imunitního systému, zodpovídají
však také za škodlivé zánětlivé a alergické
reakce a astma. Významnou roli hrají též
při vzniku autoimunitních chorob, například revmatické artritidy nebo roztroušené
sklerózy.
Při aktivaci žírných buněk
dochází k rychlé tvorbě výběžků,
které obsahují mikrotubuly.
Jak se léčí poraněné buňky?
Žírné buňky jsou součástí obranných mechanismů působících proti bakteriím a jiným
patogenům a při střetech s nimi mohou být
poškozeny. Vědci z ÚMG zjistili, že se zvyšující se dávkou bakteriálního toxinu strepto-
lysinu O se zvyšuje úmrtnost buněk v důsledku tvorby otvorů v plasmatické membráně.
Pokud jsou však buňky ovlivněny látkou,
která podporuje tvorbu membránových váčků (vakuolinem), umírají buňky méně často.
Nová diagnostika, nová chemoterapie
Vědcům z ÚMG se ve spolupráci s pracovištěm na Drexel University College of
Medicine ve Filadelfii podařilo prokázat,
že u glioblastomů dochází ke kumulaci
dvou typů vnitrobuněčných proteinů tubulinů, β-III-tubulinu a γ-tubulinu.
To může přispívat k abnormálnímu chování těchto nádorov ých buněk. Pokusy
ukazují, že tubuliny představují nejen nové
nástroje pro diagnostiku těchto typů nádorů, ale že β-III-tubulin by možná mohl být
i vhodnou cílovou molekulou pro vývoj nových účinných chemoterapeutik.
Změny sestřihu RNA a nová léčiva
Poruchy sestřihu RNA mohou vést k závažným onemocněním. O sestřihu rozhodují hlavně krátké úseky v RNA a regulační
molekuly, jež tyto úseky v RNA rozpoznávají. Tým Davida Staňka však zjistil, že o alternativním sestřihu se částečně rozhoduje již
na úrovni DNA. Malé modifikace histonů
mění sestřih některých molekul RNA, např.
těch, které kódují bílkovinu fibronektin. Modifikace histonů lze ovlivňovat různými látkami, a tak je možno nepřímo měnit i sestřih
RNA. Mnohé tyto látky se testují v klinic-
kých studiích jako možná léčiva nádorových
či neurodegenerativních onemocnění. Tato
léčiva by mohla učinkovat i proti nemocem
způsobeným chybným sestřihem RNA.
„Na základě mnohaletých
zkušeností vím, že komerčně
nejúspěšnější produkty pocházejí
z hodně originálního
základního výzkumu.“
Prof. RNDr. Václav Hořejší, CSc.
ředitel ÚMG AV ČR, v.v.i.
7 spin-off biotechnologických firem
založených pracovníky ÚMG
AppGenics s.r.o.
Apronex s.r.o.
Cellvia s.r.o.
EXBIO Praha a.s.
Proteix s.r.o.
rEcoli s.r.o.
Top-Bio s.r.o.
Spolupráce ÚMG s podnikatelskou
sférou v letech 2010 a 2011
Hybridomové linie produkující komerčně
využitelné monoklonální protilátky.
Konjugované nanočástice s monoklonálními
protilátkami – v rámci projektu „Nové nanopartikule pro ultrastrukturální diagnostiku”.
Nanovlákenné nosiče s inkorporovaným
cyklosporinem A a nesoucí kmenové buňky
pro terapeutické využití.
Nová metoda pro stanovení nízkých
koncentrací bílkovin v komplexních biologických tekutinách pomocí nano-imuno-PCR.
Certifikovaná metodika – Kvalitativní průkaz
antigenů virových vakcín.
Monoklonální protilátky navázané na zlaté
nanotyčinky a kubické paladiové nanočástice.
Projekt BIOCEV
ÚMG připravuje spolu s dalšími pěti ústavy AV ČR a dvěma fakultami Univerzity
Karlovy projekt výstavby Centra excelence – Biotechnologického a biomedicínského centra Akademie věd a Univerzity Karlovy ve Vestci (BIOCEV).
Do konce r. 2014 by mělo vyrůst moderní
výzkumné centrum s podlahovou plochou
26 000 m 2 . Nabídne až 600 nových pracovních příležitostí včetně 250 míst pro
doktorandy a diplomanty.
červenec 2012, www.sciam.cz 45
SPECIÁLNÍ SEKCE
Z Á ZR AK ŽIVOTA
BIOTECHNOLOGICKÝ ÚSTAV AV ČR, v. v. i.
Na pomoc lékařům
Počet publikací
v impaktovaných časopisech
za rok 2011: . . . . . . . . . . . 42
Počet výzkumných projektů
řešených v roce 2011: . . . . . 25
Úspěšnost v získání projektů
Grantové agentury ČR,
kde je BTÚ řešitelem,
v roce 2011: . . . . . . . . . . 45 %
Počet pracovníků: . . . . . . . 89
Počet PhD.-studentů: . . . . . . 17
Počet diplomantů: . . . . . . . . 6
Počet organizovaných
mezinárodních akcí
v roce 2011: . . . . . . . . . . . . 3
Biotechnologický ústav AV ČR, v. v. i., se
sídlem v areálu Akademie věd v Praze – Krč,
je velice mladým ústavem, založeným Akademií věd České republiky 1. ledna 2008.
Základem ústavu bylo několik skupin, které
byly určitou dobu součástí Biotechnologického sektoru Ústavu molekulární genetiky AV
ČR, v. v. i., většina skupin byla nově ustavena. U zrodu ústavu stál první ředitel Peter
Šebo, od roku 2010 je ředitelkou ústavu Jana
Pěknicová.
Ústav se zabývá špičkovým základním výzkumem zaměřeným na praktické využití
výsledků v diagnostických a terapeutických
aplikacích. Jeho 8 skupin se zaměřuje na ná-
dorová onemocnění, neplodnost, autoimmunní nemoce a embryopatii a vyvíjí nové
biotechnologické metody a nástroje na úrovni molekulární, genové, proteinového inženýrství a strukturní biologie.
Za první čtyři roky existence BTÚ jeho
vědečtí pracovníci publikovali řadu odborných článků v impaktovaných časopisech
a získavají v grantových soutěžích finance na
svoji výzkumnou práci. Tento trend má jasně
vzestupnou tendenci a lze jednoznačně očekávat, že se Biotechnologický ústav AV ČR
zařadí mezi špičková pracoviště v oblasti základního v ýzkumu s důrazem na přenos
technologií do biomedicínské praxe.
Nové látky pro diagnostiku
Jedním ze dvou směrů základního výzkumu ústavu je příprava nových biotechnologicky, diagnosticky a lékařsky důležitých
biomolekul, proteinů a nukleových kyselin,
konstruovaných nejmodernějšími technikami molekulární biologie a proteinového inženýrství. Objasnění struktur studovaných
biomolekul a jejich vzájemného působení
umožní jejich modifikaci a využití např. pro
diagnostiku nemocí.
Laboratoř inženýrství vazebných proteinů se zabývá designem a zlepšováním
vlastností vysoce afinních vazebných proteinových ligandů zejména pro aplikace, ve
kterých byly do současnosti neúspěšně používány monoklonální protilátky.
Laboratoř biomolekulárního rozpoznávání studuje interakce biomolekul, proteinů a nukleových kyselin, biofyzikálními
a bioinformatickými metodami. Výzkum se
zaměřuje na ty aspekty interakcí, které vedou k specifickému rozpoznávání biomolekul s potenciálním diagnostickým, léčebným nebo biotechnologickým využitím.
Odhalit nemoc včas
KO N TA K T Y:
Biotechnologický ústav
AV ČR, v. v. i.
Vídeňská 1083
142 20 Praha 4
Tel.: +420 241 063 613
Fax: +420 244 471 707
e-mail: btu-offi[email protected]
http://www.ibt.cas.cz
46 Scientific American České vydání, červenec 2012
Laboratoř strukturní biologie směřuje
výzkum do oblasti vztahů mezi strukturou
a funkcí medicínsky vhodných proteinů.
Výsledky výzkumu jsou využitelné pro návrh a optimalizaci sloučenin sloužících k detekci pevných nádorů, zejména pak nádorů
rakoviny prostaty.
Část z trojrozměrné struktury proteinu na povrchu buněk nádoru prostaty (šedě a světle modře)
s navázanou malou molekulou, která blokuje funkci tohoto proteinu
(povrch malé molekuly je ohraničen sítí barevných teček)
Proč jsou buňky nemocné?
Druhým směrem výzkumu v ústavu
je objasnění příčin patologického stavu
buňky, zjištění exprese vybraných genů,
detekce změn v lokalizaci a modifikaci vybraných proteinů a identifikace dalších
molekul, které souvisí s indukcí patologie.
Výzkum vede k vytvoření nových metod
a nástrojů pro prevenci, diagnostiku a terapii příslušného patologického stavu.
www.ibt.cas.cz
Ať se rodí zdravé děti!
Laboratoř reprodukční biologie se
dlouhodobě zabývá charakterizací procesů
a molekulárních faktorů během oplodnění
vajíčka a rozvíjením nástrojů (monoklonální protilátky) pro detekci mužské neplodnosti a pro detekci vybraných faktorů znečišťujících životní prostředí majících negativní dopad na reprodukci savců.
Laboratoř imunopatologie a imunoterapie se zaměřuje na humorální a genetic-
ké aspekt y autoimunitních nemocí, na
identifikaci cílových molekul využitelných
v diagnostice a terapii autoimunitních
chorob.
Laboratoř molekulární patogenetiky
identifikuje klíčové molekuly v patogenním
embryonálnim v ý voji pomocí zvířecích
modelů a umožňuje tak vypracovat nové
postupy pro prevenci a diagnózu diabetické embryopatie.
„Udělejme vše pro to,
aby metody asistované reprodukce
byly potřeba stále méně.
Zlepšit podmínky pro přirozený
vznik života je důležitější
než zdokonalovat umělé
technologie.“
Doc. RNDr. Jana Pěknicová, CSc.
ředitelka BTÚ AV ČR, v.v.i.
Z výzkumu do praxe
Histologický řez varletem: navozená apoptóza (vlevo) a kontrola (vpravo).
Vymýtit rakovinu
Laboratoř molekulární terapie se zaměřuje na rakovinné kmenové buňky a na vývoj
nových protirakovinných látek, zejména
analogů vitamínu E, které efektivně a selektivně působí proti maligně transformovaným
buňkám tím, že navozují jejich smrt (apop-
tózu). Výzkum Laboratoře genové exprese
je směrován k rozvoji nástrojů pro profilovou
analýzu exprese genů pomocí vysokokapacitní polymerázové řetězové reakce s reverzní transkripcí (qRT-PCR) na tkáňové, jednobuněčné a sub-buněčné úrovni.
Výsledkem naší práce jsou i technologie
zavedené do komerční sféry.
Firmě EXBIO Praha, a. s. byly předány
hybridomy k detekci proteinů na spermiích,
které jsou důležité pro úspěšné oplození.
Tyto hybridomy jsou využívány v centrech
asistované reprodukce.
Ve spolupráci s firmami VIDIA spol. s r.o.,
EXBIO Praha, a.s., r-Ecoli spol, s r.o. byly
připraveny kity k detekci vybraných
znečišťujících látek v životním prostředí.
Pedagogická činnost
Důležitým úkolem ústavu jsou odborná
školení pracovníků z různých institucí
v biotechnologických technikách a výchova diplomantů a doktorandů biologických,
biochemických, medicínských a zemědělských oborů. Pět pracovníků BTÚ přednáší
na vysokých školách.
U léčených myší došlo
k výraznému zpomalení
zvětšování nádoru.
Vpravo jsou ultrazvukové
snímky nádoru u kontrolní
a léčené myši.
Společně k novým cílům
Špičkové přístroje
Vysokokapacitní zařízení BIOMARK (výrobce Fluidigm) umožňuje současnou
analýzu exprese až 96 genů v rámci jednoho experimentu. Sledování exprese řady
genů v jediné buňce urychlí objasňování regulačních mechanismů buňky, mechanismů diferenciace či mechanismů odpovědi buňky na farmaka nebo na nejrůznější stimuly, jako jsou např. vlivy životního prostředí.
Přístroj Vevo 770 (Visual Sonics) slouží k neinvazivnímu zobrazování a kvantitativnímu vyhodnocování modelů různých onemocnění, zejména nádorových a kardiovaskulárních.
Biotechnologický ústav AV ČR se aktivně
podílí na projektu BIOCEV v rámci
Operačního programu Výzkum a vývoj pro
inovace. Začlenění ústavu v projektu
Biocev je mimořádnou šancí k jeho
dalšímu rozvoji.
Ústav je též aktivním členem sdružení
BIOCEV z. s. p. o. a CzechBio – asociace
biotechnologických společností ČR,
z. s. p. o.(http://www.ibt.cas.cz).
červenec 2012, www.sciam.cz 47
SPECIÁLNÍ SEKCE
Z Á ZR AK ŽIVOTA
ÚSTAV EXPERIMENTÁLNÍ MEDICÍNY AV ČR, v. v. i.
Výzkum pro zdraví
Ústav experimentální medicíny AV ČR
byl založen v roce 1975 sloučením 4 laboratoří z lékařských fakult Univerzity Karlovy.
Je uznávaným centrem základního biomedicínského výzkumu v České republice, vyniká
zejména v buněčné biologii a patologii, neurobiologii, neurofyziologii, neuropatologii,
vývojové toxikologii a teratologii, molekulární epidemiologii, molekulární farmakologii,
Počet publikací
v impaktovaných časopisech
za rok 2011: . . . . . . . . . . . 81
Počet národních
výzkumných projektů
řešených v roce 2011: . . . . . 26
Počet významných patentů
za rok 2011: . . . . . . . . . . .
4
Počet zaměstnanců: . . . . . . 187
Počet PhD.-studentů: . . . . . . 46
Počet diplomantů: . . . . . . . 19
EU Centre of Excellence
Porézní hydrogely pomáhají léčit
poranění míchy
Oddělení neurověd studuje degenerativní onemocnění a poranění mozku a míchy.
Léčba poranění míchy vyžaduje nejen implantaci kmenových buněk, ale i přemostění poškozené části míšní tkáně pomocí porézních biomateriálů nebo nanovláken, které umožní v r ůstání nov ých ner vov ých
vláken. Jako vhodný biokompatibilní materiál byl ve spolupráci s Ústavem makromolekulární chemie AVČR vyvinut superporézní hydrogel na bázi poly(2-hydroxyet hyl met ha k r ylát u), jeho ž pov rch byl
modifikován cholesterolem a jeho vlastnosti byly optimalizovány pro implantaci do
míšní tk áně. Na společném pracov išti
s 2. lékařskou fakultou UK v nemocnici
Abychom viděli lépe
KO N TA K T Y:
Ústav experimentální
medicíny
AV ČR, v. v. i.
Vídeňská 1083
142 20 Praha 4
Tel.: +420 241 062 230
Fax: +420 241 062 782
E-mail: [email protected]
http://www.iem.cas.cz
48 Scientific American České vydání, červenec 2012
imunofarmakologii, výzkumu rakoviny, molekulární embryologii a oblasti kmenových
buněk a tkáňových náhrad.
Výsledky výzkumu na ÚEM AV ČR nacházejí využití v oboru ochrany životního
prostředí, neurověd, regenerativní medicíny,
farmakologie a diagnostických metod. V současné době má ústav 10 samostatných vědeckých oddělení a 1 samostatnou laboratoř.
Laboratoř histochemie a farmakologie
oka zkoumá příčiny špatně se hojících lézí
předního očního segmentu při různých očních onemocněních nebo poraněních a hledá možnosti jejich prevence a léčby.
Probíhají studie využívající k léčbě defektů rohovky kmenové buňky.
Motol již probíhají 2 klinické zkoušky využívající kmenové buňky u pacientů s poraněním míchy a u pacientů a amyotrofickou
laterání sklerózou.
Trehalosa je neredukující disacharid glukosy, který produkují nižší organismy jako
protistresový faktor. U vyšších organismů
trehalosa syntetizována není, ale jestliže
je aplikována ve formě očních kapek na
králičí rohovku poškozenou oxidačním
stresem, omezí indukci prozánětlivých cytokinů, proteolytických enzymů a oxidační/antioxidační nerovnováhu. Výsledkem
je podstatně zlepšené hojení rohovky.
Stárnutí a hluk poškozují sluch
Oddělení neurofyziologie sluchu studuje především struktury a funkce sluchového systému u zvířat za normálních podmínek a sleduje změny během vývoje, stárnutí a po působení různých patologických
činitelů, například hluku nebo léků poško-
zujících sluch. Výsledky výzkumu mechanismů poškození sluchu po vystavení intenzivnímu hluku, prováděného na potkanech, jsou v praxi ověřovány na pacientech
a dobrovolnících v rámci spolupráce s ORL
klinikami pražských nemocnic. Na tento
www.iem.cas.cz
výzkum navazuje projekt EU NANOEAR
zabývající se vlivem lokálně podaných nanočástic na funkci vnitřního ucha. Další
směr představuje analýza kódování akustických signálů sítěmi neuronů v centrálním sluchovém systému.
Buněčná neurofyziologie
Oddělení buněčné neurofyziologie se
zabývá morfologickými a elektrofyziologickými vlastnostmi astrocytů a NG2 gliových buněk v patofyziologii mozkové ischemie a postupu Alzheimerovy choroby.
Jsou studovány mechanismy vápníkové signalizace u arginin,vasopresin a oxytocin
neuronů za fyziologických i patologických
podmínek.
S využitím neinvazivní zobrazovací metody DW-MRI se ukázalo, že dlouhodobě
přetrvávají změny v difuzivitě nervové tkáně po ischemickém poškoz en í mozk u
a u Alzheimerovy choroby. Pomocí iontoforetické metody,
která využívá iontově-selektiv ní
elek t rody, byly
na lez eny změny
velikosti mezibuněčného prostoru
a související změny na buněčné
úrovni.
Nové léky proti zánětům
Na oddělení farmakologie jsme ve spolupráci s Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR u analogů purinových nukleotidů objevili látky, které mají imunosupresivní účinky. V koncentracích, které
„Dnes existuje celá řada
onemocnění, která neumíme
léčit a která vedou ke smrti
nebo k těžké ivaliditě. Léčba
těchto onemocnění vyžaduje
soustředěný biomedicínský
výzkum, který vede k vyvinutí
nových léků, kmenových
buněk a prostředků tkáňového
inženýrství. Snaha zavést tyto
nové metody léčby do praxe
je naší prioritou.“
Prof. MUDr. Eva Syková, DrSc., FCMA
ředitelka ÚEM AV ČR, v.v.i.
nejsou cytotoxické, inhibují produkci prostaglandinů a oxidu dusnatého. Biologické
vlastnosti nově syntetizovaných derivátů
purinu mohou být využity po vývoj nových
protizánětlivých léčiv.
Laboratoř tkáňového inženýrství
Skupina vědců je především zaměřena na
přípravu tkáňových náhrad, tvorbu buněčných nosičů, především biologicky odbouratelných a na bázi nanovláken, modelování
proteinových struktur a rovněž vyhledávání
možností praktického využití výsledků.
Pracoviště vyvíjí technologii uvolňování
bioaktivních látek s využitím nanovlákenných nosičů obohacených o liposomy, což
umožňuje řízený přísun živin a léků přímo
do místa defektu. Připravují se umělé náhrady pro k linické v y užití v or topedii
a v dalších oborech.
Inovační biomedicínské
centrum (IBC)
IBC napomáhá vzniku a úspěšnému rozběhu spin-off firem založených na vědeckých
výstupech Ústavu experimentální medicíny a podporuje spolupráci mezi firmami,
výzkumnými pracovišti a investory.
Služby IBC pro inovační začínající firmy:
– podpora konkurenceschopnosti
v biomedicíně
– podpora aplikovaného výzkumu
v biomedicíně
– podnikatelský inkubátor pro spin-off
společnosti
červenec 2012, www.sciam.cz 49
SPECIÁLNÍ SEKCE
Z Á ZR AK ŽIVOTA
BIOFYZIKÁLNÍ ÚSTAV AV ČR, v. v. i.
Zaostřeno na život
„O schopné vědce u nás pečujeme
jako o vlastní děti.“
Doc. RNDr. Stanislav Kozubek, DrSc.
ředitel BFÚ AV ČR, v.v.i.
Počet publikací BFÚ
v roce 2011 . . . . . . . . . . . 108
Počet realizovaných projektů
základního výzkumu
v roce 2011 . . . . . . . . . . . . 87
Počet mezinárodních projektů
s účastí BFÚ v roce 2011 . . . . 26
Počet společných center
základního nebo aplikovaného
výzkumu s univerzitami
od roku 2005. . . . . . . . . . . . 9
Počet zaměstnanců . . . . . . 198
Počet PhD.-studentů . . . . . . 74
Počet diplomantů . . . . . . . . 27
KO N TA K T Y:
Biofyzikální ústav
AV ČR, v. v. i.
Královopolská 135
612 65 Brno
Tel.: +420 - 541 517 111
Fax: +420 - 541 211 293
E-mail: [email protected]
www.ibp.cz
50 Scientific American České vydání, červenec 2012
Biofyzikální ústav byl založen v roce
1955; zkoumá živou přírodu prostředky
moderní fyziky a biologie s cílem získat zásadní poznatky využitelné v praxi. Od roku
1970 se podílel na mezinárodních programech COMECON a Interkosmos, nově
rozvíjí další mezinárodní projekty. V BFÚ
je řada výzkumných směrů: od molekulární
biologie a biochemie, přes fyzikální chemii
a elektrochemii až po buněčnou biologii, genetiku a dědičnost, molekulární onkologii
a evoluční biologii. Jedním z aktuálních
směrů v BFÚ je výzkum lidských embryonálních kmenových buněk, který navazuje
na dříve rozvinuté oblasti, jako jsou molekulární cytologie, cytometrie a epigenetika.
Vybrali jsme tento směr jako jeden z mnoha
příkladů úspěšného výzkumu.
Výzkum lidských embryonálních
kmenových buněk
Důležitým výsledkem BFÚ z posledních
let je zjištění, že v lidských embryonálních
kmenových buňkách je uspořádání genomu
zcela odlišné od diferencovaných buněk, jež
se nacházejí ve tkáních a orgánech a vznikají
z kmenových buněk.
Lidský genom v jádrech buněk je tvořen 46
molekulami DNA a společně s některými
proteiny tvoří látku, jež se nazývá chromatin.
Prakticky celé 20. století se věřilo, že chromatin je uspořádán náhodně a jednotlivé molekuly DNA, jež nesou dědičnou informaci,
plavou v jádře jako „nudle v polévce.“ Teprve
na přelomu 20. a 21. století se zjistilo, že chromatin je vysoce organizován, přičemž jednotlivé chromosomy vytvářejí prostorově oddělená teritoria (viz obrázek). Chromatin obsahuje řadu proteinových struktur, v nichž
probíhají důležité procesy.
Skupina E. Bártové zjistila, že u lidských
embryonálních kmenových buněk je chroma-
tin výrazně rozvolněn a teprve při vyvolané
diferenciaci dochází k jeho kondenzaci. Jeden
z genů odpovědných za stav pluripotence
(oct3/4) byl ve kmenových buňkách nalezen
na dlouhých smyčkách, které vybíhají z chromosomového teritoria (viz obrázek). Tyto výsledky byly již potvrzeny v odborné literatuře
(viz E. Meshorer, StemBook, HSCI)
a mají vysoký
potenciál pro
využití v humánní medicíně.
Gen pluripotence (oct3/4, červeně) se v lidských
embryonálních kmenových buňkách nachází na
povrchu svého chromosomového teritoria
(zeleně), často na dlouhých smyčkách
vybíhajících z teritoria.
BFÚ je moderní výzkumná organizace
se špičkovou úrovni výzkumu v ČR
BFÚ je umístěn v nádherném areálu, laboratoře jsou moderní, ústav je vybaven špičkovou technikou, kterou dále doplňuje z prostředků SF EU v rámci spolupráce s ICRC
a CEITEC. V ústavu pracuje řada vynikajících vědců, kteří jsou špičkou ve světovém
měřítku. Ústav koordinuje 3 Projekty excelence (M. Fojta, S. Kozubek, B. Vyskot)
z celkového počtu 12 těchto projektů v oblasti živé přírody a chemie v ČR; na projektech
excelence se dále podílejí J. Šponer a A. Ko-
vařík. BFÚ koordinuje také několik projektů
OP VK a pomáhá tak zajišťovat lidské zdroje
v oblasti výzkumu pro ČR. Jsou to oddělení
M. Fojty, S. Kozubka, A. Lojka a A. Kozubíka. Při závěrečném hodnocení výzkumného záměru BFÚ za období 2005–2011 akademická komise konstatovala, že „BFÚ je
nejlepší na AV ČR v celé řadě kritérií“. Důležitý je zejména podíl na nejcitovanějších
publikacích vytvořených v ČR, kde se BFÚ
drží stále na špičce v ČR.
FA K U LTA E L E K T R OT EC H N I C K Á Č V U T V P R A Z E
KATEDRA KYBERNETIKY
Výzkum v oblasti
biomedicínské informatiky
Několik oddělení katedry se věnuje výzkumu kombinujícímu pokročilé metody umělé
inteligence s klasickými postupy zpracování
signálu i s nejmodernějšími technologiemi.
Cílem je nabídnout řešení pro aktuální otázky klinické biomedicíny a přispět tak k rozvoji teoretických základů biomedicínského inženýrství i k vývoji medicínských aplikací.
Co se v našich tělech děje?
Soudobé technologie nabízejí řadu postupů pro získávání informací o aktivitě živých
organismů na nejrozličnějších úrovních od
molekulární po snímky či signály dávno
standardně používané (např. EEG, EKG,
PPG). Často jde o multidimenzionální data,
která se mění v čase. Záznamy z různých
zdrojů je třeba synchronizovat a hledat způsoby jejich interpretace.
Oddělení BioDat (Biomedical Data and
Signal Processing Group) se soustřeďuje
např. na zpracování a analýzu dlouhodobého,
novorozeneckého a spánkového EEG, na
hodnocení kardiotokografie, zpracování
EKG z mnohaelektrodového př ístroje
(120 elektrod), lokalizaci infarktu myokardu
z 12-svodového EKG a vyhodnocování signálů z nitra srdce.
Oddělení NIT (Nature Inspirated Technologies Group) věnuje pozornost jak analýze dat DBS s cílem lépe porozumět procesům hloubkové mozkové stimulace, tak hledá n í nov ýc h efek t iv n íc h post upů pro
objektivizaci diagnostiky (např. strabismu)
či pro dálkové monitorování stavu pacienta
s cílem včas upozornit na zhoršení stavu.
Na pomoc pacientům
Pro skupiny pacientů s diagnózou diabetes nebo schizofrenie a pro pacienty
starší nebo tělesně postižené, navrhujeme interaktivní podpůrné nástroje, které
neinvazivně sledují fyziologické signály
nebo chování, varují v případě hrozícího
nebezpečí, radí či zprostředkovávají
informace. K nejzajímavějším aktuálně
řešeným aplikačním projektům patří
MAS, SPES a BOS, teoretický výzkum je
podpořen několika granty GA ČR.
metody aplikujeme na řadu praktických problémů, jako jsou detekce plicních uzlů (na obrázku), lokalizace chirurgických nástrojů,
segmentace kostí, zjišťování
elastických vlastností tkání,
prostorová rekonst r u kce
mozkové činnosti, vyhodnocování perfuse srdce, podpora diagnostiky (např. malárie
či nemocí štítné žlázy) a detekce nádorů.
Inspirace z přírody
Při automatickém zpracování biologických signálů a dat se často setkáváme s optimalizačními úlohami, které jsou těžko řešitelné klasickými metodami optimalizace.
Proto se soustřeďujeme na rozvoj metod inspirovaných chováním živé přírody, například mravenčími společenstvy, ptačími hej-
Prof. Ing. Vladimír Mařík, DrSc.
vedoucí katedry kybernetiky ČVUT FEL
EU Centre of Excellence
Jak nás vidí stroje
Oddělení CMP (Center for Machine Perception) zpracovává 2D a 3D medicínská
a biologická obrazová data pocházející z ultrazvuku, rentgenu, MRI,
CT, mikroskopie, atp. Jedním z hlavních výzkumných
témat je elastická registrace
obrazů pro analýzu vztahů
mezi obrazy získanými v různých časech nebo různými
způsoby. Vyvinuté teoretické
„V oblasti biomedicínských aplikací
spolupracujeme s jedenácti
klinikami v Česku na vývoji nových
softwarů. Zvláštní pozornost
věnujeme asistivním technologiím.“
ny, roji hmyzu či interakcemi lidí. V současnosti k lademe vel k ý dů raz na v ý voj
webového nástroje XGENE.ORG, který
pomocí integrované analýzy profilů genové
exprese získaných z genomů různých organizmů měří pomocí heterogenních čipů genovou expresi.
Naše výsledky míří do praxe
Založili jsme řadu spin-off firem, např.
Certicon, Neovision a Eydea Recognition.
Výzkum studentů je podporován
nadace www.cvutmedialab.cz.
KO N TA K T Y:
Katedra kybernetiky FEL
ČVUT v Praze
Karlovo nám. 13,
121 35 Praha 2
Tel.: +420 - 224 357 666
E-mail: [email protected]
www.cyber.felk.cvut.cz
červenec 2012, www.sciam.cz 51
SPECIÁLNÍ SEKCE
Z Á ZR AK ŽIVOTA
LABORATOŘ BIOMECHANIKY ČLOVĚKA
Nové technologie pro zdraví
Lékařská péče a medicínská technika od
včasné diagnostiky až po život zachraňující
technologie provází člověka po celý život.
Členové Laboratoře biomechaniky člověka
aplikují znalosti a nástroje strojního inže-
nýrství v základním a aplikovaným výzkumu a vývoji, jehož cílem je zlepšení léčebných postupů a užitných vlastností zdravotnických prostředků, aby byla zajištěna co
nejvyšší kvalita pacientova života.
Výzkum a vývoj
Přijďte k nám studovat
Tým laboratoře zajišťuje výuku magisterských studentů v oboru Biomechanika
a lékařské přístroje a postgraduálních
studentů v oboru Biomechanika. Naši studenti absolvují kromě technických předmětů také základy anatomie a fyziologie.
Při přípravě diplomových prací se studenti aktivně podílejí na řešených výzkumných projektech a získávají tak zkušenosti
pro svou další praxi ve vědě i v průmyslu.
Témata řešených projektů souvisí zejména s muskuloskeletálním systémem a kardiovaskulárním systémem člověka. Podílíme se na vývoji náhrad kolenního, kyčelního nebo zápěstního k loubu, při kterém
výpočetně analyzujeme zatížení komponent
implantátů a provádíme dlouhodobé zkoušky životnosti a otěru kloubních ploch. Věnujeme se mechanice páteře a spinálním náhradám, podařilo se nám vyvinout pohyblivou náhradu meziobratlového disku.
Pro pacienty, kteří utrpěli ztrátu kostní
tkáně kvůli nehodě nebo nádorovému onemocnění, dokážeme navrhnout individuální
implantát, jehož tvar vychází ze snímků pacienta pořízených medicínským zobrazovacím systémem, např. počítačovým tomografem. Při návrhu individuálního implantátu
používáme technologii 3d tisku pro rychlou
stavbu kontrolního modelu.
Vybudovali jsme laboratorní hydraulický
okruh, který simuluje cévní oběh včetně
pulzací. Na tomto zařízení studujeme chování cév, cévních náhrad nebo koronárních
stentů. Zajímáme se o vliv aterosklerózy
a věku na strukturu cévní stěny a její mechanické vlastnosti.
Femorální
komponenta
kyčelní náhrady
připravená pro
test životnosti
Individuální implantáty a modelování podle
obrazových dat – CAD model návrhu
náhrady části dolní čelisti.
KO N TA K T Y:
Laboratoř biomechaniky
člověka
ČVUT v Praze, Fakulta strojní
Ústav mechaniky, biomechaniky
a mechatroniky
Technická 4
166 07, Praha 6
Tel: +420 224 352 509
E-mail: [email protected]
www.biomechanika.cz
52 Scientific American České vydání, červenec 2012
Zabýváme se analýzou mechanických
vlastností biologických materiálů a technických materiálů, které se objevují v konstrukcích implantátů, vnějších fixačních prvků
nebo ortéz. Také vyvíjíme nové kompozitní
materiály pro implantace, které se budou
lépe integrovat do organismu, a pro instrumenty, jejichž výhodou je transparentnost
pro rentgenové záření (obrázek níže).
Experimentální kardiovaskulární biomechanika:
laboratorní hydraulický okruh pro simulaci
cévního systému.
Souvisejícím oborem je forenzní biomechanika. Provádíme analýzy, pohybové studie a simulace lokomoce člověka, které mohou sloužit k objasnění trestné činnosti.
FA K U LTA S T R O J N Í Č V U T V P R A Z E
www.biomechanika.cz
Experimentální vybavení
Pro experimentální analýzy na několika
úrovních máme k dispozici špičkové vybavení. Testovací systém MTS 858.2 Mini
Bionix je schopen provozovat současně zatěžování osovou silou až 25 kN a momentem
síly až 100 Nm. Je zcela unikátně vybaven
speciálním simulátorem, který umožňuje zatěžování s osmi stupni volnosti (3 posuvy
a 5 rotací). Tento simulátor je zcela ojedinělý v celé Evropě. Svou konstrukcí je primárně určen k testování páteřních implantátů.
Úpravou konfigurace je však možno simulátor používat i k jiným pokusům. Celý systém
splňuje požadavky mezinárodní normy ISO/
IEC 17025 a je pro něj akreditováno několik
zkušebních postupů.
Dvouosým zatěžovacím strojem Messphysik (Zwick/Roell) lze realizovat tahové
a tlakové zkoušky při víceosé napjatosti,
které jsou nezbytné pro zjišťování mechanických vlastností anisotropních materiálů,
silami až 250 N. Je využíván zejména při
zkouškách měk kých tkání (tepny, žíly,
chlopně, kůže, vazy), polymerů (silikony,
pryže, latex, UHMWPE) a kompozitních
materiálů.
Nanoindentační systém Hysitron TriboIndenterTM TI 950 umožňuje provádět
několik typů mechanických zkoušek na nanoúrovni. Kvazistatická nanoindentace
slouží k měření elastických modulů, tvrdosti, lomové houževnatosti a dalších mechanických vlastností. Nanometrická dynamic-
Snímek trabekuly stehenní kosti z optického
mikroskopu
ká mechanická analýza (nanoDMA) vyšetřuje časově závislé vlastnosti materiálů
zatěžováním harmonicky buzenou silou
a snímání deformační odezvy materiálu. Je
navržena speciálně pro polymery a biomateriály. Scratch testy kvantifikují odolnost povrchu a tenkých povrchových vrstev. Jsme
oficiální demo laboratoří firmy Hysitron,
Inc. s profesionálně vyškolenou obsluhou.
Pro dlouhodobé testování kloubních implantátů tým laboratoře vyvinul simulátor
kloubního pohybu, který umožňuje uživatelské nastavení kinematických a dynamických parametrů a provádět experimenty za
podmínek blížících se situaci v kloubu po
implantaci.
Pro měření deformací používáme kontaktní i bezkontaktní optické extenzometry.
Pole deformací včetně geometrie v prostoru
zaznamenává optický systém Dantec Q450, který pracuje na principu 3D korelace
obrazů z vysokorychlostních kamer.
„Díky novým technologiím se
například výroba a vývoj
individuálních implantátů zkracuje
z původních týdnů na dny či dokonce
pouhé hodiny.“
Prof. Ing. Svatava Konvičková, CSc.
vedoucí Laboratoře biomechaniky
člověka
Počítačové simulace
Nedílnou součástí vývoje je matematické
modelování. Počítačové simulace poskytují náhled do chování tkání a umožňují
kontrolu namáhání implantátů ještě před
zkouškami prototypů. Tím napomáhají
k optimalizaci implantátů i k predikci účinku operačního zákroku. Tým laboratoře
má dlouholeté zkušenosti s matematickými analýzami zatížení konstrukcí metodou
konečných prvků. Používáme software
ABAQUS doplněný o programovací
nástroje umožňující aplikaci vlastních
pokročilých materiálových modelů.
Obecné simulace a výpočty provádíme
také v software Matlab.
Zubní implantáty
(Ihde Dental)
a testování
životnosti
Výpočet namáhání zubu a plomby
z částicového kompozitu
červenec 2012, www.sciam.cz 53
FA K U LTA E L E K T R OT EC H N I C K Á Č V U T V P R A Z E
CENTRUM ASISTIVNÍCH TECHNOLOGIÍ
Společný cíl: usnadnit a pomoci
Centrum asistivních technologií (CAT)
je realizováno ve spolupráci šesti kateder
FEL ČVUT a jednoho ústavu 1. LF UK.
Výuka zahrnuje prostředky a technologie
péče a zkvalitnění života seniorům, zdravotně postiženým a dětem.
Jádro CAT tvoří čtyři hlavní pracoviště,
zaměřená na biomedicínské technologie,
aplikovanou multimediální (audiovizuální)
„V budoucnu nebude dost lidí
pro péči o lidi, proto musí nastoupit
asistivní technologie.“
Prof. Ing. Miloš Klíma, CSc.
Inteligentní byt
poskytuje reálné testovací prostředí
zejména pro výzkum a vývoj technologií
a nástrojů pro ovládání domácnosti
netradičním způsobem, který usnadní
život zdravotně postiženým, pro testování telemedicínských aplikací a sledování
vitálních funkcí v reálném prostředí.
techniku, aplikovanou telekomunikační
techniku, inteligentní bydlení (smart home)
spojené s problematikou interakce člověka
a prostředí a další související oblasti techniky. Kromě studentů se zde celoživotně vzdělávají biomedicínští inženýři a zdravotních
pracovníci. Cílem CAT je i zavádění technologií a pomůcek pro vzdělávaní zdravotně
postižených.
Laboratoř lékařské přístrojové techniky
a biomedicínské elektroniky
Jedním z projektů laboratoře je vzdálené sledování vitálních funkcí. Aplikačním
v ýstupem je zařízení Intelligent Primer
Nurse umožňující sledování srdeční a pohybové aktivity měřené osoby a klasifikaci
urgentních stavů. V mezinárodní soutěži
2011 OpenWorld Design Contest, vypsané
společností ST Microelectronics, získalo
první cenu.
Další projekt se zabývá primárním screeningem aterosklerózy na základě měření
hemodynamických parametrů a sledování
tvaru pulsní vlny.
Studenti se v rámci v ýuky seznamují
s funkčními principy diagnostických přístrojů jako jsou např. elektrokardiografy,
pulsní oxymetry, ultrazvukové diagnostické přístroje nebo přístroje pro měření krevního tlaku a průtoku krve.
Pracoviště multimediální techniky
Účelem pokusů je zejména vyhodnocování
subjektivního vjemu diváka při různých typech
projekce 3D-obrazu a kvantitativní porovnání
vjemu s klasickou 2D projekcí a standardní
KO N TA K T Y:
Fakulta elektrotechnická
ČVUT v Praze
Technická 2
166 27 Praha 6
Prof. Ing. Miloš Klíma, CSc.
[email protected]
tel.: 224 352 205
Doc. Ing. Lenka Lhotská, CSc.
[email protected]
tel.: 224 353 933
www.fel.cvut.cz
54 Scientific American České vydání, červenec 2012
„přirozenou“ scénou. Další měření se soustřeďuje na optimalizaci kódování pro doplňkový
přenos animovaného tlumočníka do znakového jazyka v digitálním televizním vysílání a experimenty projektu PERSEUS, který je věnován dálkové navigaci nevidomých. V další fázi
dojde k vybudování kompletního CCTV bezpečnostního kamerového systému.
Mezi další projekty patří zejména bezdrátový přenos v blízkosti nebo s využitím lidského těla a v neposlední řadě problém elektromagnetické kompatibility komplexních
systémů v rámci asistivních technologií.
Technologie automatické identifikace
Rozpoznávání stavu okolí je důležité pro
zdravotnictví a asistivní technologie i pro
mnoho průmyslových a ekonomických oblastí a státní správy. Na elektrotechnické fa-
kultě se těmito technologiemi zabýváme již
více než 15 let – využitím čárových kódů,
radiofrekvenční identifikace a biometrické
identifikace.
Download

zázrak života - Scientific American