E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Molekulární dynamika imunitní odpovědi

Vedoucí: RNDr. Karel Drbal, Ph.D.

Dlouhodobé cíle laboratoře

zahrnují:
1/ studium dynamiky molekulárních změn v imunitním systému během odpovědi na trvalý selekční tlak nádorových a infekčních chorob in vivo,

2/ jejich manipulaci a modelování in vitro a in vivo, při využití všech dostupných technologií pro výzkum na úrovni proteomu,

3/ při využití in vitro evolučních systémů pro přípravu vazebných reagencií nové generace proti vybraným biomarkerům těchto patologických stavů a přenos těchto vyvinutých systémových diagnostických postupů v co nejkratším čase přímo do klinické praxe

Hlavní oblasti mého zájmu

je vizualizace a manipulace okamžité odpovědi imunitního systému na rychle se měnící původce nádorových onemocnění a infekčních chorob, spolu s pochopením dlouhodobé adaptace tohoto vzájemného vztahu na molekulární úrovni.
Naprostá většina lidských onemocnění je závislá na správné funkci imunitního systému. Náš imunitní systém je neustále vystaven selekčním tlakům nebezpečných látek v okolí (například bakteriálních toxinů), patogenních mikroorganizmů, ale také transformovaných nádorových buněk v našem těle. Musí na tyto selekční tlaky adekvátně odpovídat. To je přirozená role imunitního systému. Musí zajistit účinnou homeostázu organizmu - tedy jeho rovnováhu - v takovém mikroevolučním procesu, který je na obou stranách plný mutačních změn a adaptačních událostí. Zjednodušeně řečeno: musí zajistit správnou funkci organizmu, vyrovnanost a stabilitu molekulárních dějů, které určují plnou výkonnost a pocit pohody.
Hnací silou obou výše zmíněných majoritních patologických hrozeb pro lidské zdraví je chronický zánětlivý stav organismu jako důsledek deregulace imunitních reakcí. Přitom právě určitý zánětlivý stav aktivně reguluje imunitní odpověď. Ta například není vypnutá poté, co zlikvidovala poškozující zdroj v těle a proto vytváří následný patologický chronický stav. Nebo naopak není schopná poškozující zdroj úplně zničit. Finálním stavem takové přehanané nebo nedostatečné reaktivity je nemoc - buď patologie asociovaná s nedostatečnou odpovědí na infekci/nádorový růst nebo s přehnanou odpovědí na nevinné cíle (alergie a autoimunita).
Molekulární děje probíhající v místě interakce imunitního systému s původcem nebezpečí jsou velice dynamické a plastické a dochází k nim v našich tělech setrvale a s vysokou frekvencí. Dnešní stav jejich poznání nám ovšem dává v naprosté většině případů pouze základní, symptomatickou a statickou (tedy nedynamickou) informaci na úrovni mutačních změn v genomu či ne/přítomnosti celkové výsledné patologie. Smyslem moderní imunologie je naopak syntéza kvantitativních parametrů imunitních reakcí v dosavadním průběhu onemocnění, spojená s hledáním příčinných vazeb a jejich následné využití pro predikci vývoje onemocnění v každém z nás jako základu systémového přístupu směřujícího k personalizované medicíně v budoucnu.

Mé zkušenosti

V první řadě mám 25-leté zkušenosti s tvorbou a charakterizací vazebných reagencií na bázi monoklonálních protilátek (v rámci Oddělení molekulární imunologie, ÚMG AVČR) a nově i jejich moderních alternativ na základě molekulárních syntetických postupů v in vitro evolučních systémech. To spolu se zvládnutím práce v modelových systémech (kmenové buňky, buněčné kultury a xenotransplantační zvířecí modely) poskytují mé laboratoři dostatečný technologický a znalostní základ pro studium fenotypických změn během imunitní odpovědi na buněčné i molekulární úrovni.

Následně jsem během let 2010- 2013 jsem působil jako vedoucí oddělení Výzkumu a vývoje v české biotechnologické firmě s hlavním úkolem optimalizace produkce protilátek a vývoje moderních neprotilátkových vazebných alternativ.

V roce 2013 jsem přišel na Přírodovědeckou fakultu, abych se v následujících letech soustředil na studium časné tumorigeneze/relapsu nádorových onemocnění a odpovědí hostitele na vývojové mutační změny probíhající v patogenech a nádorových buňkách. To především se zaměřením na detekci nejvíce proměnlivých proteomů (povrchového a sekretovaného), které určují funkční výsledek mezibuněčných interakcí s cílem úspěšného zajištění homeostázy v organismu.

Laboratoř má ambice pokrýt tři základní projektové oblasti a jednu doplňkovou

Dvě z těchto oblastí jsou zaměřené na pochopení dynamiky imunitní odpovědi proti únikovým mutantům dvou lidských onemocnění. Další dvě oblasti jsou více technicky laděné, směřující k modernímu vývoji vazebných látek s vysokou selektivitou a specifitou, jako základu diagnostických nástrojů nové generace:

  • Lymeská borelióza je v centru zájmu infekční části výzkumu. Je to velmi časté onemocnění rozvinutých zemí s více než 4000 hlášených pozitivních případů v ČR každý rok. Reálně se ovšem odhaduje až 100-násobek infikovaných jedinců. Současná diagnostika trpí nízkou citlivostí a absencí metody zlatého standardu. Proto je LB stále nedokonale diagnostikovaná.
    Spirochéty rodu Borrelia spp. jako infekční agens, prodělávají během infekce v člověku výrazné fenotypické změny, ovšem v populační analýze klíšťat naopak rozeznáváme přísnou geografickou distribuci a velmi omezené promíchání jednotlivých kmenů borelií.
    Cílem tohoto projektu je vytvoření diagnostických nástrojů nové generace na základě strukturní analýzy virulentních faktorů patogenů. Tyto nástroje nám umožňují testovat dynamiku imunitních dějů na úrovni buněčné reaktivity v modelovém systému. Získané hodnoty se následně porovnají se stadardním klinickým stanovením protilátek přímo z vyšetření pacientských vzorků. V našem případě se jedná většinově o testy buněčné imunitní odpovědi a přímé detekce patogena, tedy nikoli protilátkovou odpověď, která není s vývojem tohoto onemocnění příčinně spojená. Přímá detekce mutační rychlosti patogena dokresluje obrázek obou stran interakce. Prediktivní hodnota nových testů bude testovaná ve spolupráci s klinickými pracovišti.
  • V oblasti nádorových onemocnění se zabývám pevnými nádory dospělého věku, především nejčastějšími nádory epitelu močového a střevního traktu, jejich srovnávací analýzou vzhledem k časné tumorigenezi, citlivosti k terapii a relapsu během vývoje in vivo přímo v pacientu a paralelně i v 3D in vitro organoidových buněčných kulturách. Alternativou pro tento výzkum je rybí experimentální model zebřičky (Danio rerio). Hlavním cílem výzkumu je plasticita diferenciačního procesu epitelu ve všech směrech a především pak směrem k progenitorovým buňkám zodpovědným za iniciaci a resistenci ke standardním protinádorovým terapiím.
    Mojí snahou je přímá detekce a popis funkcí tzv. nádorových kmenových buněk spolu s detekcí přestavby jejich sekretomu a povrchového proteomu během časné tumorigeneze. Definovaný primární materiál je experimentálně testován v xenotransplantačním standardním myším modelu NSG pro svojí in vivo nádor-iniciační kapacitu, tedy schopnost engraftmentu (osídlení a expanze) v imunokompromitované myši.
    Cílem tohoto projektu je přesná a včasná stratifikace pacientů pro následnou léčbu včetně jejích moderních alternativ. Druhým dlouhodobým cílem je vývoj metodiky pro paralelní vizualizaci funkce lidského imunitního systému při protinádorovém dohledu v modelovém systému s použitím primárních nádorů.
  • V technologické oblasti se věnuji hlavně vývoji nových syntetických alternativ vazebných proteinů (nové struktury endogenního i exogenního původu), jejich in vitro evoluci a displejovým technologiím. Silné zázemí strukturních experimentů i počítačových predikcí ve spolupracujících laboratořích tvoří rámec vazby strukturní a funkční charakteristiky každého vazebného páru.
    Cílem tohoto projektu je zvládnutí velmi rychlého postupu pro vývoj vlastních knihoven vazebných proteinů, jejich racionální design a zavedení nových kompetitivních selekčních metod, kterými lze připravit vysoce selektivní, specifické a afinitní vazebné proteiny v řádu několika dnů. Tyto proteiny následně použijeme ve vysoce paralelizovaném systému proteomických testů pro klinickou diagnostiku.
  • Další technologie, kterým se chci věnovat ve spolupráci s technicky orientovanými vědeckými laboratořemi, zahrnují nová řešení mikrofluidních čipů a senzorických technik, až na úroveň jednotlivých molekul.
    Silnou stránkou laboratoře jsou zvládnuté standardní technologie průtokové cytometrie, sortingu a mikroskopie, molekulární biologie, proteinových in vivo esejů a testování interakcí, a to vše na velmi citlivé úrovni a s vysokým průchodem vzorků.

Co si ze studia odnesete?

Oblast translační medicíny ve vztahu k imunologickým parametrům každého z nás bude řídícím prvkem v budoucím přístupu k pacientovi a jeho onemocnění, respektive zdraví. Naprostá většina současných hrozeb lidského zdraví má původ v abnormální imunitní reaktivitě, ať již snížené nebo zvýšené.
Dnes se ve vyspělých institucích zakládají nové laboratoře i celé ústavy směřující k celostním disciplínám věnujícím se systémovým fenotypickým projevům organismů a pacientů. Dostupnost definovaných vazebných reagencií je pro tento moderní způsob výzkumu zásadním nedostatkem, který je nutné do budoucna vyřešit.
Vaše práce v laboratoři a zde nabyté znalosti Vám umožní rozvíjet vědeckou kariéru aplikacemi na solidní místa jak v akademické, tak v komerční sféře po celém světě, a to v širokých oborech biomedicíny, bioinformatiky a biotechnologií.

Tým

Na fakultu jsem přišel v březnu 2013 a za krátký čas se zde snažím vybudovat silný tým, který bude aspirovat na pozici v rámci plánovaného Biocentra Kampus Albertov. V současné době aplikuji o finanční podporu evropských a amerických fondů a přijímám žádosti bakalářských a magisterských studentů, které tato tematika oslovila (více vypsané práce, viz SIS: obhájené práce a vypsané/nezadané práce).

Členové týmu:

Současní PhD studenti:
Abhishek-Vallabhbhai Koladiya
Katarína Otavová, MD
Betül Melike Oğan - PřF UK - STARS pozice v: Precision medicine approach to human carcinoma diagnostics: functional characterization of cancer stem cells

Současní Mgr. studenti:
Tereza Prokopová
Petr Tauš
Ilaria Piga
Petra Hadlová
Marie Rajtmajerová
Jaromír Novák
Michaela Šímová

Současní Bc. studenti:
Ludmila Brázdilová
Édel Álvarez Ochoa
Nuria Andrés Sánchez
Michaela Šímová
Marc Zarzoso Rodriguez
Tereza Tejklová

Současní Erasmus+ studenti:

 

Klíčové spolupráce:
české akademické: ÚOCHB AVČR, MBÚ AVČR, ÚMG AVČR, CEITEC, MUNI, 1. LF UK, 2. LF UK, LF Plzeň UK, ÚPT AVČR
české klinické: FTN, NNB, VFN, FNMOTOL (vše Praha, CUNI), FN Brno (MUNI)
mezinárodní: TUW Wien, MUW Wien, MPI-CBG Dresden, EMBL Heidelberg,
komerční: PROTEAN České Budějovice, EXBIO Praha, PSI Drásov

Alumni

Studenti, kteří uspěli v akademické kariéře nebo v biotechnologickém sektoru:

Naďa Brdičková - CLIP, 2.LF UK
Claudia Jursik - Bender MedSystems
Michaela Prchal-Murphy - University of Veterinary Medicine, Vienna
Elke Fürtbauer -
Fridolin Müller -
Wolfgang Paster - University of Oxford, Medical University od Vienna
Manuel Moertelmaier - Howard Hughes Medical Institute, Stanford Medical School; Operalgo; Keysight Technologies
Radek Blatný - CEBIOSYS, s.r.o, KRD s.r.o
Linda Turková - Apronex Praha s.r.o.
Lukáš Chmátal - UPenn, MIT
Jitka Šulcová - ETH Zürich, Roche Basel
Pavel Pitule - Faculty of Medicine in Pilsen
Matouš Hrdinka - University of Magdeburg, University of Oxford, Ostravská univerzita

Předchozí Erasmus+ studenti:
Nils Müller - Erasmus+
Meet-Sanjaykumar Jariwala - Erasmus+
Abhishek-Vallabhbhai Koladiya - Erasmus+ and MSc.
Kasper Sjodin - Erasmus+
Édel Álvarez Ochoa - Erasmus+ and Bc.
Nuria Andrés Sánchez - Erasmus+ and Bc.
Marc Zarzoso Rodriguez - Erasmus+ and Bc.

Vědecká historie

Publikace: PubMed list of my publications
ResearcherID: G-9329-2011
Google Scholar User: HFSJ7lEAAAAJ

Ukončené granty
FR-TI4/667 :
Vývoj nových vazebných biomolekul pro in vitro diagnostické použití v onkologii
Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO),
Hlavní příjemce: EXBIO Praha, a.s.,
Období řešení projektu: 2012-2014

Aplikované výstupy
(ověřená technologie, poloprovoz, prototypy, užitné vzory a patenty):
17 prototypů a 1 mezinárodní patent

Vedlejší výzkumné, výukové a popularizační aktivity

Ocenění vědecké práce

2005: Člen oceněného týmu ‐ Prize of Academy of Sciences of the Czech Republic

2016: cena Berlin Chemie na EAU CEM 16th (Vienna) - 2. místo

Výuka na PřF UK

Výukové kurzy jsou organizované v prostředí Moodle, podporovaného UK.

Přihlášení Vaším CAS účtem, externisté se do některých otevřených kurzů logují jako Guest bez hesla, není-li specifikováno jinak.

 

 

Kontaktní informace

Laboratoř: Viničná 7, Praha 2, první patro vpravo, č. dv. 141

Kancelář: Viničná 7, Praha 2, 3.p, č.dv. 317

E-mail: karel.drbal@natur.cuni.cz

 

Další osobní informace

 

Upraveno dne: 26. 10. 2016

Akce dokumentů