David Lukáš
Je přední světovou kapacitou v oboru „nano“, kterému se věnuje přes dvě desítky let.
Je autorem řady patentů z této oblasti.
V letech 1997 až 2003 působil jako rektor TUL.

Věda budoucnosti. Tak by se dal ve stručnosti nazvat nový obor bioinženýrství, který letos nově otevírá Technická univerzita v Liberci (TUL). Zaměřen je na vývoj nanovlákenných biomateriálů, které pomáhají například v medicíně.

„Bioinženýrství je disciplína, která uplatňuje inženýrské postupy v oblasti lékařství a biologie,“ říká zakladatel oboru na univerzitě, profesor David Lukáš z Katedry chemie Fakulty přírodovědně – humanitní a pedagogické, uznávaný a oceňovaný vědec v oblasti nanomateriálů a tkáňového inženýrství. Studenti se mohou hlásit do 31. srpna.

Pane profesore, jak by se dal obor bioinženýrství definovat?
Ono je obtížné takový multidisciplinární obor definovat. Proto jsou na něj různé pohledy encyklopedické i názory jednotlivých odborníků. Dá se v krátkosti říci, že bioinženýrství je disciplína, která uplatňuje inženýrské postupy v oblasti lékařství a biologie. U nás se zaměřujeme především na vývoj biomateriálů s využitím speciálních nanotechnologií.

To spojení obou disciplín se vlastně ukázalo letos na jaře při koronavirové krizi, alespoň jste mě na to tehdy upozornil…
Ano. Technická univerzita měla tehdy k dispozici zcela originální a vlastní technologii zvlákňování účinkem vysokého střídavého napětí, která je inženýrským dílem a díky které mohou vznikat nanovlákenné vrstvy. To se spojilo s druhou částí bioinženýrství, tedy se znalostmi o tom, jak se kapénky, které mají velikost zhruba od sta do jedné desetiny mikrometrů, šíří. Takže tu byly znalosti technologické – jak technicky vyprodukovat materiál – a zároveň biologické o tom, jak se kapénky či jiný biologický materiál při přenosu chová. Výsledkem pak byly roušky s takovou strukturou a vlastnostmi, aby efektivně zabraňovaly šíření respiračních kapének s viry od nemocného či nakaženého člověka k osobě nenakažené, a zároveň, aby umožňovaly komfortní dýchání. A to je jen jeden z příkladů.

Právě za tento přístup jste byl oceněn mezi lidmi, kteří se v kraji zasloužili o zamezení šíření koronaviru…

Víte, v oboru, jakým je bioinženýrství, to nikdy není o jednom člověku. V takových oborech, jako je teoretická fyzika nebo matematika, tam je opravdu potřeba jen jedna hlava, ale v inženýrských oborech, které jsou multidisciplinární, je to vždycky otázka týmu, kde každý přispívá svou specializací. Například kolegyně Věra Jenčová je molekulární biolog, Eva Kuželová Košťáková je technolog a já jsem fyzik. Takže nikdo by neměl hrát primát, protože je to kolektivní zásluha. Zmíněná výroba nanoroušek měla své kořeny ve spolupráci s odborníky z Katedry netkaných textilií a především byla umožněna díky dlouhodobé spolupráci se skupinou pana profesora Jaroslava Berana z Fakulty strojní TUL.

Dobře, ale vy jste byl ta vůdčí osobnost, která je nezbytná, která nadchne a kolem níž se ten tým začne tvořit. Ale pojďme dál. Z informací, které jsou o bioinženýrství známy, vyplývá, že se zabývá vývojem nových orgánů. Které už se takto podařilo vytvořit?
Tak určitě je známé umělé srdce, tady na univerzitě se pracovalo třeba na vývoji umělého brzlíku. Doktorandi z naší univerzity se v USA podílejí na vývoji umělé ledviny. Obecně se dá říci, že největší pokroky jsou u nejčastěji transplantovaných orgánů, které souvisí s nějakou mechanickou nebo filtrační funkcí.

Dá se popsat, jak vývoj takového orgánu pomocí nanomateriálu se specifickými vlastnostmi, které reagují s živými buňkami, vypadá?
Jedná se vlastně o dvě složky. Podpůrná, která tvoří jakési lešení, a do ní se nasazují buňky tkáně příslušného orgánu. V praxi to funguje tak, že se vytvoří struktura ze specifického nanomateriálu a do ní se nasadí vyizolované buňky, které se tam namnoží a pak se takový „umělý“ orgán tvořený jeho buňkami vrátí do pacientova těla. To je jeden způsob. Druhý je, že se podpůrná struktura, ono „lešení“, vloží přímo do těla, které si už samo dokáže orgán obnovit. Ale to lze jen v případě, že je okolí orgánu zdravé a v pořádku, aby tam mohly buňky migrovat. Kombinace materiálu a buněk pak zaručí, že to může takto fungovat. Měli bychom ale zdůraznit, že převážná většina takových současných prací ve světě, a pochopitelně i u nás, je stále ještě ve stádiu laboratorních testů.

Připadá mi, že je to obor pro lidi, kteří by pošilhávali po medicíně, ale přitom inklinují k vědě a technickým oborům. Jak se tam podílí ta medicína?
Na tomto oboru je právě zajímavé to, že se nesedí jen v laboratořích, ale že máme úzkou spolupráci s nemocnicemi, kde se provádí klinické testování. V rámci tkáňového inženýrství jsme pracovali a pracujeme na vývoji kožního krytu NANOTARDIS a jeho testování bylo iniciováno dvěma lékaři Krajské nemocnice Liberec (KNL). Hlavním zkoušejícím je pan primář Ladislav Dzan z oddělení obličejové a čelistní chirurgie KNL. Nanovlákenné materiály pomáhaly například při léčbě po odstranění kožních nádorů v obličejové části.

A jak to funguje?
Nanovlákenný materiál se přiloží na ránu a díky svému složení dokáže vytvořit mikroprostředí, které usnadní hojení kožního poranění a pomůže vytvořit novou vrstvu kožní tkáně. Klinické studie slouží k tomu, aby se velmi pečlivě zjistilo, jaký má daný zdravotnický prostředek potenciál usnadnit léčení. V případě NANOTARDIS jeho potenciál pro hojení a obnovu tkáně a zároveň, jakou by měl mít antibakteriální funkcializaci, aby se nestal potravou pro některé bakterie. Například při léčbě bércových vředů.

Co by podle vás mohlo absolventy ke studiu bioinženýrství přivábit?
Krásné na tom studiu je to, že tato disciplína je ještě v plenkách. Snahy vyrábět nanovlákenné materiály pro lékařské použití se objevily až počátkem 90. let. Dávají totiž naději přiblížit se strukturou a chemickým složením k materiálům, ze kterých se skládá lidské tělo. Tato očekávání byla prvotně trochu přehnaná, protože hmota, která tvoří tělo, je patrně nejsložitější vlákenný systém ve vesmíru. Uměle vyrobené nanovlákenné materiály jsou v porovnání s těmi přirozenými biologickými strnulé, nic se s ním neděje, tedy v čase jsou neměnné. Na druhou stranu nanovlákenná hmota v našem těle je neustále v kontaktu s buňkami, které se ji snaží přebudovat a přeorientovat. Přirozená nanovlákna v našem těle nejsou jednoho typu, ale jedná se o desítky, možná stovky různých druhů nanovláken s mnoha téměř neuvěřitelnými funkcemi. Navíc, vše neustále mění a bourají. Přirozená nanovlákna v našem těle také fungují jako signální soustava, protože buňky mezi sebou komunikují pomocí mechanických a elektrických signálů. Spleť mimobuněčných nanovláken funguje také jako zásobárna různých biologicky aktivních látek. Něco takového zatím nejsme schopni substituovat technicky. Takže budoucí bioinženýři budou opravdu mít mnoho co objevovat.

Takže je to jednoznačně profese budoucnosti?
Spolu s kolegy si to s jistotou myslíme.