Budoucnost precizní medicíny: propojení medicinální chemie, nanotechnologií, AI a robotiky

Molekulární design, syntéza, separace, charakterizace a bioanalytické testování medicinálně aktivních organických látek a jejich formulací je hlavní náplní Laboratoře medicinální chemie v rámci 1. lékařské fakulty UK – BIOCEV, jejímž vedoucím je doc. Ing. Milan Jakubek, Ph.D. „Snažíme se o to, aby výsledky základního výzkumu měly co největší potenciál pro budoucí klinickou translaci,“ zdůraznil v rozhovoru pro Medical Tribune.

• Můžete jako vedoucí Laboratoře medicinální chemie v centru BIOCEV popsat hlavní oblasti vašeho výzkumu?

Laboratoř medicinální chemie v rámci 1. lékařské fakulty UK – BIOCEV se dlouhodobě zaměřuje na interdisciplinární výzkum propojující medicinální chemii, nanotechnologie, biomateriály a moderní diagnostické systémy. Naším cílem je vyvíjet nové biologicky aktivní látky, pokročilé nanoformulace léčiv a technologické platformy, které mohou najít využití v diagnostice i terapii závažných onemocnění. Významnou oblastí je rovněž vývoj mikrofluidních systémů, biosenzorů a autonomních laboratorních technologií propojujících robotiku, umělou inteligenci (AI) a biomedicínský výzkum. Snažíme se o to, aby výsledky základního výzkumu měly co největší potenciál pro budoucí klinickou translaci.

• Jaký přímý dopad mají výsledky výzkumu vaší laboratoře na medicínskou a farmakologickou praxi? Můžete uvést příklady?

Například se zaměřujeme na vývoj nanoformulací léčiv, které mohou zlepšit biologickou dostupnost účinných látek, zvýšit jejich stabilitu a současně snížit nežádoucí účinky. Tyto přístupy mají význam zejména u respiračních, neurologických nebo onkologických onemocnění. Další důležitou oblastí jsou mikrofluidní diagnostické systémy, které mohou v budoucnu umožnit rychlejší a přesnější detekci patogenů či biomarkerů přímo v klinickém prostředí. Výsledky našeho výzkumu tak směřují k personalizované medicíně a efektivnější diagnostice i terapii.

• Mimo jiné jste spoluřešitelem projektu „Nanoformulace injekčních forem bazedoxifenu pro respirační a neurologická onemocnění“, který se podle časového harmonogramu blíží ke konci. Můžete shrnout jeho hlavní výsledky?

Jedná se o projekt aplikovaného výzkumu, který byl podpořen Technologickou agenturou ČR. Projekt přinesl několik velmi zajímavých výsledků v oblasti cíleného doručování léčiv a vývoje stabilních nanoformulací bazedoxifenu. Podařilo se optimalizovat vlastnosti nanočástic z hlediska velikosti, stability a biodistribuce, což představuje důležitý krok směrem k jejich potenciálnímu terapeutickému využití. Současně jsme vyvinuli nové metodické přístupy pro charakterizaci nanočástic a studium jejich interakcí s biologickými systémy. Projekt významně podpořil spolupráci mezi chemiky, biology, farmaceuty a lékaři a ukázal, jak důležitá je interdisciplinarita při vývoji moderních terapeutických technologií. V současné době je projekt stále v realizaci.

• Jaké máte budoucí výzkumné plány?

Do budoucna chceme dále rozvíjet propojení medicinální chemie, nanotechnologií, umělé inteligence a robotiky. Velký potenciál vidíme zejména v autonomních laboratorních systémech, AI‑assisted drug discovery, mikrofluidních diagnostických platformách a biosenzorech nové generace. Současně se chceme věnovat organ‑on‑chip systémům, automatizovaným screeningovým technologiím a humanoidním robotickým platformám pro laboratorní i zdravotnické využití. Domníváme se, že právě propojení těchto technologií bude hrát klíčovou roli v budoucnosti biomedicínského výzkumu a precizní medicíny.

• Jak vám při výzkumu pomáhají robotické technologie?

Robotické technologie dnes představují velmi důležitou součást moderního laboratorního výzkumu. V laboratořích centra BIOCEV testujeme například humanoidního robota Charlese, který pomáhá ověřovat možnosti autonomních laboratorních workflow a bezpečné manipulace s biologickými vzorky. Robotické systémy jsou schopny vykonávat repetitivní a časově náročné úkony s vysokou přesností a reprodukovatelností, čímž významně snižují riziko lidské chyby. Současně mohou pracovat v potenciálně rizikovém prostředí nebo manipulovat s infekčním materiálem. Velký význam má také propojení robotiky s AI, strojovým viděním a autonomním rozhodováním, což otevírá zcela nové možnosti automatizace laboratorního výzkumu. V současné době máme již navázány spolupráce s komerčním sektorem a připraveny projekty základního a aplikovaného výzkumu s významnými akademickými partnery.

• Jakým způsobem lze tyto technologie využít ve zdravotní a sociální péči?

Potenciál využití humanoidních robotů a autonomních systémů ve zdravotnictví je mimořádně široký. Mohou asistovat zdravotnickému personálu při logistice, manipulaci s biologickým materiálem, dezinfekci a úklidu prostor nebo při rutinních laboratorních úkonech. V sociální péči mohou pomáhat seniorům, podporovat rehabilitaci nebo umožnit vzdálený monitoring pacientů. Zároveň je však nezbytné věnovat velkou pozornost etickým a právním otázkám, zejména ochraně soukromí, bezpečnosti dat, transparentnosti AI systémů a odpovědnosti za autonomní rozhodování. Podle mého názoru by robotické technologie neměly nahrazovat lidský kontakt, ale měly by zdravotníkům umožnit věnovat více času samotným pacientům.

• Které další technologie považujete za klíčové pro budoucnost aplikovaného výzkumu ve zdravotnictví a jak je začleňujete do svých projektů?

Domnívám se, že budoucnost zdravotnictví bude velmi úzce spojena s konvergencí několika technologických oblastí, zejména umělé inteligence, genomiky, pokročilého zobrazování, robotiky a nanotechnologií. AI dnes zásadně mění způsob analýzy biologických dat, návrhu léčiv i diagnostiky. Genomické a single‑cell technologie umožňují stále přesnější personalizaci léčby a detailní pochopení biologických procesů na úrovni jednotlivých buněk. Pokročilé zobrazovací technologie zase přinášejí nové možnosti studia buněčných a molekulárních mechanismů. V našich projektech se snažíme tyto technologie aktivně propojovat, například při vývoji mikrofluidních diagnostických systémů, autonomních laboratorních platforem nebo biosenzorických zařízení nové generace, včetně designu molekulárních struktur budoucích léčiv.

• Jak spolupracujete s lékaři, nemocnicemi nebo průmyslem při ověřování a zavádění vašich metod do praxe? Můžete uvést příklad úspěšné spolupráce?

Interdisciplinární spolupráce je dnes naprosto zásadní podmínkou úspěšného biomedicínského výzkumu. Spolupracujeme s klinickými pracovišti, nemocnicemi, farmaceutickými společnostmi i technologickými partnery v České republice i v zahraničí. Velmi důležité je pro nás ověřování technologií v reálném klinickém prostředí a získávání zpětné vazby od lékařů a specialistů z praxe. Úspěšné projekty obvykle vznikají právě tam, kde se podaří propojit základní výzkum, klinickou expertizu a technologický vývoj. Prostředí centra BIOCEV k takové spolupráci poskytuje ideální podmínky. V našem týmu je několik lékařů v rámci doktorandského studia, což nám umožňuje přímý kontakt na klinická pracoviště.

• Jaké metodologické nebo etické výzvy se objevují u vašich studií, které přímo ovlivňují jejich použitelnost v klinickém prostředí?

Jednou z největších výzev je převod laboratorních výsledků do klinické praxe. Technologie, které fungují v experimentálních podmínkách, musejí být dostatečně robustní, bezpečné, reprodukovatelné a současně splňovat přísné regulatorní požadavky. U systémů využívajících AI řešíme například interpretovatelnost rozhodování, kvalitu dat nebo otázku bias modelů. U robotických systémů je pak zásadní bezpečnost interakce s člověkem a jasně definovaná odpovědnost za autonomní rozhodování. Etické aspekty budou podle mého názoru v budoucnu stále důležitější součástí biomedicínského výzkumu i klinické implementace.

• Jak se podle vás v příštích letech či desetiletích promění medicína?

Domnívám se, že medicína bude stále více směřovat k personalizovanému, prediktivnímu a technologicky integrovanému modelu péče. Významně poroste role umělé inteligence, automatizované diagnostiky, genomiky a kontinuálního monitoringu pacientů. Lékaři budou stále více pracovat s datově orientovanými systémy a pokročilými analytickými nástroji, zatímco pacienti získají individualizovanější a preventivně orientovanou péči. Velké změny očekávám zejména v onkologii, neurologii, infekční medicíně, geriatrické péči a regenerativní medicíně. Budoucnost zdravotnictví bude podle mého názoru založena na propojení biologických věd, AI, robotiky a pokročilých technologií s důrazem na kvalitu života pacientů a efektivitu zdravotní péče.