Profesor Pavel Jandera: Udělení Martinovy medaile je pro mě velké ocenění

Analytickou chemií se prof. Ing. Pavel Jandera, DrSc., zabývá téměř půl století. Ve svém oboru patří ke světové špičce, podle časopisu The Analytical Scientist byl v roce 2013 zařazen mezi sto nejvlivnějších vědců v tomto oboru. V české vědecké společnosti se jeho jméno „objevilo“ mezi nominovanými na cenu Česká hlava 2014. Jeho práci a přínos pro vědu ocenili i zahraniční experti, když se rozhodli, že mu v roce 2015 udělí Martinovu medaili, nejvyšší mezinárodní ocenění, jakého lze v oblasti chromatografie dosáhnout.

Co pro vás zařazení mezi světovou vědeckou elitu znamená?

Myslím, že naše skupina dosáhla v oblasti analytické chemie zajímavých výsledků, které získaly relativně významný ohlas. Naše práce publikované v odborných časopisech byly citovány více než šest tisíc krát. Uznání mezinárodní vědeckou komunitou mě samozřejmě velmi těší.

Na katedře analytické chemie se už bezmála půl století zabýváte kapalinovou chromatografií. O jakou metodu se jedná?

Jedná se o separační metodu, jež umožňuje preparativní čištění cenných látek, zejména některých léčiv. Ještě větší význam má v analytické chemii, kde spolu s plynovou chromatografií a elektroforézou umožňuje, na rozdíl od spektrálních a elektroanalytických metod, současné stanovení většího množství látek v jedné analýze.

K separaci dochází v chromatografické koloně na částicích sorbentu, kterými je plněna kolona, což je v podstatě trubička z odolného materiálu, 20 až 300 mm dlouhá, s vnitřním průměrem 0,1 až 50 (i více) mm. Vzorek prochází kolonou v proudu kapaliny (mobilní fáze) pod vysokým tlakem. Látky v něm přítomné mají různé afinity k sorbentu, a proto procházejí kolonou v různém čase do detektoru. Ze záznamu signálu detektoru lze stanovit současně obsah jednotlivých složek ve vzorku.

Pod kolik vynálezů se můžete „podepsat“?

Jsem spoluautorem sedmi autorských osvědčení na některé analytické metody a vylepšení instrumentace, všechna jsou ze sedmdesátých a osmdesátých let. Po roce 1990 jsem už přihlášky patentů nepodával, a to vzhledem k vysokým poplatkům a obtížné prokazatelnosti porušování patentových práv v oblasti analytických postupů a metod. Vím, že některé postupy, které jsme publikovali, využívají některé firmy v řídícím software přístrojů a v optimalizačním programu Dry Lab, kde jsou kombinovány s jinými postupy. Pro mne je důležité, že tyto myšlenky našly uplatnění.

Ve své práci jsem se zabýval především teoretickým popisem principů separace a jeho aplikacemi při vývoji a optimalizaci nových metod analýzy v různých oblastech. Za nejdůležitější výsledek pokládám rozvinutí a zobecnění matematického popisu, modelování, předpovědi chování látek a optimalizaci pracovních podmínek v koloně při gradientové eluci. Při této technice se plánovaně mění složení mobilní fáze v koloně v průběhu analýzy tak, abychom dosáhli rychlejší a účinnější separace většího počtu látek v průběhu jedné analýzy.

Věnujete se analytické chemii, kterou označujete za informační disciplínu. O jakých poznatcích tedy informujete?

Informačních technologie jsou chápány především jako postupy, které vyhledávají a zprostředkují informace „z druhé ruky“, které někdo získal a uložil na elektronických mediích, nebo v tištěné formě. Analytická chemie je podle mne informační disciplínou „par excellence“, protože poskytuje informace o chemickém složení prostředí, které nás obklopuje, našich výrobků i orgánů v našem těle, které získává přímo prostřednictvím exaktních postupů.

• v letech 2005 – 2014 publikoval prof. Jandera 100 odborných vědeckých textů
• jeho citace se objevily celkem v 3500 vědeckých článcích
• přiřazen je mu h-index s číslem 42

Analytická chemie je obor, který se bude stále více a více rozvíjet. K tomu přispívá i samotný fakt, že média neustále informují o tom, jaké škodlivé a naopak zdraví prospěšné látky potraviny obsahují.

Analytická chemie se bude dále rozvíjet tak, jak bude k dispozici stále kvalitnější (citlivější a přesnější) instrumentace a jak se bude rozšiřovat stav teoretického poznání. Je dobře, že se mediální pozornost v poslední době více obrací k vlivu kvality potravin, jejich složení a případné přítomnosti škodlivých látek, jejichž oficiální seznamy se stále rozšiřují.

Prakticky není možno zaručit „nulové“ koncentrace škodlivin. Normy proto uvádějí tzv. „nejvyšší přípustné koncentrace“ jednotlivých škodlivých látek, stanovené na základě klinických studií, které nesmí být překročeny. Jejich zodpovědné vymezení by mělo brát v úvahu i možnosti analytické chemie, tj. meze důkazu a meze stanovitelnosti jednotlivých látek. Co nám jsou platné velmi přísné normy, které nejsme schopni kontrolovat? Rozvoj instrumentace i metodiky analytické chemie jako vědní disciplíny umožní zvyšovat citlivost stanovení a rozšiřovat seznam látek, jejichž obsah můžeme kontrolovat.

Pro medicínu je tento obor jistě nepostradatelný.

Rozhodně ano. Všichni před každou lékařskou prohlídkou odevzdáváme vzorky moči a krve, v nichž se relativně jednoduchými analytickými metodami stanovuje obsah látek, který podává základní informace pro lékařské zhodnocení našeho zdravotního stavu. Pro odhalení řady vážnějších chorob, např. některých typů rakoviny, se využívají sofistikovanější analytické metody – v přední řadě kapalinová chromatografie, kterou lze stanovit obsah specifických látek (markerů), jejichž obsah v organismu signalizuje vypuknutí nemoci, její postup a případný ústup po nasazení lékařské terapie. Volba vhodných markerů pro spolehlivou diagnostiku není vždy jednoduchá, a názory na jejich vhodnost se s vývojem medicíny mohou měnit.

Působení některých látek na živé organismy může záviset i na obsahu jiných sloučenin. Proto se mnohdy stanovuje celkový profil látek ve vzorcích tělních tekutin či tkání. To umožňuje kapalinová chromatografie, s jejíž pomocí lze i monitorovat koncentrace léčiv a jejich metabolitů v organismu pacientů a podle toho pružně upravovat dávkování medikamentů, zvláště u léčiv, kde jsou jen malé rozdíly mezi terapeuticky účinnou a toxickou koncentrací.

Při své práci využíváte kapalinové chromatografy a hmotnostní spektrometry. Jak tyto přístroje společně fungují?

Ke spolehlivému stanovení a identifikaci látek ve složitějších vzorcích je třeba používat spolehlivou instrumentaci. U přímého spojení kapalinové chromatografie s hmotnostní spektrometrií se nejdříve látky přítomné ve vzorku rozdělí v chromatografu a po jejich převodu do hmotnostního spektrometru se získávají informace, o jaké jednotlivé látky se jedná.

Kde všude se metody analýzy vzorků dají kromě lékařství využít?

Tyto metody se dají využít téměř ve všech oblastech analýzy organických látek, vedle medicíny např. i při kontrole dopingu, soudních analýzách, kontrole znečištění životního prostředí, analýzách přírodních materiálů rostlinného i živočišného původu, kontrole kvality potravin i technických výrobků. Asi nejdůležitější oblastí je farmaceutická analýza.

Vývoj léčiv je časově i finančně velmi náročný. Je třeba zaručit čistotu léčiv a prokázat identitu a neškodnost všech látek přítomných v koncentracích vyšších než 0,01%. To platí i pro přítomnost tak podobných látek, jako jsou chirální izomery, které mají téměř shodnou strukturu a liší se pouze úhlem otáčení polarizovaného světla.

Dříve se nevědělo, že jeden z těchto izomerů může být léčivý, ale druhý toxický, a jejich koncentrace se nekontrolovaly. To mělo za následek tragédie, z nichž nejznámější se stala před cca 40 lety v Německu, kdy podávání chirálně nečištěného léčiva Kontregan proti vysokému tlaku těhotným ženám mělo za následek pozdější deformace novorozenců. Nyní se přísně kontroluje chirální čistota všech léčiv, což umožňuje kapalinová chromatografie.

Jaké vzorky, mimo ty potravinové, můžete ještě analyzovat?

V naší skupině jsme analyzovali různé typy látek, včetně těch, které mohou ovlivňovat naše zdraví. Zabývali jsme se např. analýzou pesticidů a dalších škodlivin v povrchových vodách, stanovením ftalátů v nápojích i v prostředí průmyslových závodů, vyrábějících a zpracovávajících plasty (podlahové fólie aj.), analýzou složení rostlinných olejů v potravinách, stanovením zdraví prospěšných přírodních antioxidantů (fenolických látek) v nápojích a rostlinných extraktech, kontrolou složení reakčních směsí a výsledných produktů při výrobě azobarviv, tenzidů, některých vitaminů, nebo při zpracování PET lahví na surovinu pro výrobu textilních vláken.

Určitě jste za dobu svého výzkumu dospěli k zajímavým výsledkům.

Asi před deseti lety jsme se ve spolupráci s dalšími pěti zahraničními univerzitními pracovišti v rámci evropského projektu začali zabývat metodickým vývojem tehdy zcela nové techniky 2D HPLC (dvourozměrné kapalinové chromatografie), kde se spojí dva zcela odlišné chromatografické systémy. V jejich přímém spojení lze dosáhnout mnohonásobného zvýšení počtu látek (až stovek), které lze stanovit v jedné analýze, a získat tak mnohem podrobnější informace o složitých vzorcích. V rámci projektu strávil každý doktorand a mladší asistent ze skupiny kapalinové chromatografie několik měsíců na prestižních zahraničních univerzitách a k nám recipročně přijelo šest zahraničních doktorandů z těchto univerzit. I po skončení projektu v oblasti dvourozměrné kapalinové chromatografie dále pracujeme. Technika 2D chromatografie je značně náročná na technické řešení přímého převodu frakcí částečně rozděleného vzorku z první do druhé separační dimenze, na volbu vhodných kolon a mobilní fáze pro oba systémy, které mají mít naprosto odlišné separační vlastnosti a musí se vzájemně doplňovat, přitom však musí být vzájemně kompatibilní. To se nám v řadě případů podařilo vyřešit a vyvinuli jsme dvourozměrné separační systémy, které umožňují analyzovat složité vzorky v čase 30 – 60 minut.

V rámci tohoto výzkumu jsme podrobně studovali možnosti separací na nových typech polárních kolon technikou tzv. HILIC chromatografie, kde jsme získali nové poznatky o mechanismu těchto typů separací. Dále jsme vyvinuli nové, tzv. monolitické kolony (z jednoho kusu pórovitého organického materiálu), řízenou polymerací v pouzdře (kapiláře z taveného křemene). Vzhledem k širokým možnostem polymeračních reakcí jsme vyvinuli nové typy kolon, které při obměně mobilní fáze používáme k naprosto odlišným typům separací v systémech jednorozměrné i dvourozměrné kapalinové chromatografie. Náklady na přípravu takové kolony se pohybují v řádu několika set, zatímco jedna komerční kolona, která nám mnohem méně vyhovuje, stojí 10 000 – 30 000 korun.

Na co jste ve své vědecko-výzkumné práci hrdý?

V oblasti kapalinové chromatografie pracuji již čtyřicet pět let. Za tuto dobu naše skupina získala řadu zajímavých a originálních výsledků. Přišla i ocenění od České chemické společnosti, Polské chemické společnosti, Polské akademie věd, Slovenské farmaceutické společnosti a několika zahraničních univerzit. Nejvíce jsem hrdý na to, že se mezinárodní organizace „Chromatographic Society“ se sídlem v Londýně rozhodla, že mi v roce 2015 udělí Martinovu medaili. To je pravděpodobně nejvyšší mezinárodní ocenění, jakého lze dosáhnout v oblasti chromatografie.

Z dosavadních výsledků si nejvíce cením vypracování ucelené teorie gradientové eluce a za vývoj postupů modelování, predikce a optimalizace jednorozměrných, a v poslední době zvláště dvourozměrných, metod kapalinové chromatografie. V této oblasti je stále mnoho práce, kterou je třeba ještě udělat a na níž bych se rád ještě podílel. Jak je známo, s každým vyřešeným problémem se vynoří několik nových, ještě náročnějších. Úspěšný vývoj nového typu monolitických kolon mne přivedl na myšlenku, zda by nemohly být využity k přidání další dimenze k dosavadním 2D systémům. Třírozměrná kapalinová chromatografie by umožnila další zvýšení počtu látek, které je možno separovat a stanovit v jedné analýze. Zatím jsme získali první nadějné výsledky, které naznačují, že by to jít mohlo.

Martinova medaile

Je vědecké ocenění. Uděluje se každý rok jednomu vědci, který významně přispěl k rozvoji separačních věd. Profesor Archer John Porter Martin je nositel Nobelovy ceny za chemii, ta mu byla udělena v roce 1952 za objev partiční (rozdělovací) chromatografie. Martinovu medaili získá profesor Jandera jako první Čech žijící v naší republice a jako druhý z odborníků působících na východ od bývalé „železné opony“.