doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.

Držitel Neuron Impulsu 2013

Kůže svědí, červená, olupuje se a praská. Dermatomykóza, infekční onemocnění pokožky, se nejčastěji objevuje v souvislosti s oslabením imunity, při dlouhodobé léčbě antibiotiky, chemoterapii, cukrovce nebo styku s některými zvířaty. Tato plísňová onemocnění jsou velmi rozšířená a zvýšený výskyt se stupňuje s věkem. Některé kmeny plísní se ale vůči lékům stávají odolné. Vědci proto hledají alternativní možnosti léčby. Jako vhodné se jeví uplatnění plazmatu, které tvoří až 99 % pozorované atomární hmoty vesmíru. Jedním z vědců, kteří se snaží dokázat, že by plazma mohlo být účinným prostředkem při léčbě kožních mykóz, je docent Vladimír Scholtz, který se soustředí na plazma nízkoteplotní.

Chladný ionizovaný plyn, který se vyskytuje například v zářivkách, výbojkách nebo v některých elektrických výbojech vykazuje řadu zajímavých efektů, a proto se začíná využívat také v oboru zvaném plazmatická medicína.

Plazma je částečně ionizovaný plyn, který je možné připravit různými druhy elektrických výbojů. Během léčby se využívá zejména schopnost plazmatu vytvořit oxidační proces, který mikroorganizmy zabíjí. Navíc, v některých buňkách, které se cítí být ohrožené přemírou reaktivních částic, postupně dochází k apoptóze neboli programované buněčné smrti.

V současnosti většina zdrojů nízkoteplotního plazmatu používá různé modifikace plazmového hořáku v kombinaci s externím nosným plynem.

Vladimír Scholtz proto zkonstruoval prototyp přístroje, který využívá kometárního výboje hořícího na dvojici speciálně uspořádaných elektrod. Toto uspořádání nevyžaduje (oproti běžným typům plazmových hořáků) přívod nosného plynu a k výrobě nízkoteplotního plazmatu dochází ionizací okolního vzduchu. Účinnost kometárního výboje docent Scholtz dokládá studiemi in vitro i in vivo. Na infikovaných laboratorních zvířatech bylo prokázáno jak zkrácení doby onemocnění, tak snížení počtu zárodků infekce. Použití plazmatu v dermatologii zdokumentoval i na případu z humánní medicíny. Jeho práce dokazuje, že nízkoteplotní plazma by mohlo být účinným prostředkem nejen inaktivace plísní, ale i terapeutickou možností pro dermatomykózy.

Léčbu plísňových infekcí může urychlit elektrický výboj – rozhovor s Vladimírem Scholtzem

Nízkoteplotní plazma je ionizovaný plyn používaný například v zářivkách a výbojkách ke svícení. Kdy vznikl nápad vyzkoušet toto plazma k léčbě plísňových onemocnění?
Někdy v roce 2003 si profesor Aubrecht, můj školitel z Katedry fyziky na Fakultě elektrotechnické ČVUT, všiml několika článků o negativních účincích nízkoteplotního plazmatu na mikroorganismy. A tak jsme spolu s profesorem a kolegou Kříhou dojednali spolupráci s docentem Julákem z 1. lékařské fakulty UK. On nám dodal bakterie a kvasinky, a my začali zkoušet jejich likvidaci plazmatem. Po čase přišla kolegyně Soušková z VŠCHT s myšlenkou vyzkoušet účinky plazmatu také na plísních, které běžně rostou třeba na chlebu nebo nakrojeném jablku. Později jsme přibrali plísně způsobující kožní onemocnění zvířat. Zároveň přišla možnost přihlásit se o podporu z Nadačního fondu Neuron. Část prostředků jsme použili na vývoj zařízení pro vytváření nízkoteplotního plazmatu a také na financování pokusů se zvířaty.

Co je základem vašeho přístroje?
Dvě elektrody, z nichž alespoň jedna musí mít malý poloměr zakřivění – musí být ostrá. Po jejich připojení k vysokému napětí se vytvoří elektrický tzv. koronový výboj. V něm vzniká nízkoteplotní plazma ionizací okolního vzduchu. Kdybyste si naslinil prst, ucítíte mírný větřík způsobený strháváním molekul vzduchu proudem iontů vytvářených plazmatem.

Jak výzkum probíhal?
Nejprve jsme ověřovali účinky nízkoteplotního plazmatu na plísních vypěstovaných na kulturách v laboratorních miskách. Velmi slibné výsledky nás podnítily k pokusům na zvířatech. Pilotní projekt proběhl se šesti uměle infikovanými morčaty. Po deseti dnech, během kterých se mykóza rozvíjela, jsme u jedné poloviny zvířat zkoušeli postižené místo léčit koronovým výbojem. Tři neděle třikrát týdně po 15 minutách. Druhá polovina zvířat se nepodrobila žádným zákrokům s naším přístrojem. Po nadějných výsledcích jsme provedli rozsáhlejší experiment se 40 morčaty.

Co vyplynulo z těchto pokusů?
Ošetřovaným morčatům se kůže úplně zhojila o týden dříve a průběh infekce byl mnohem mírnější než v neléčené skupině. Rovněž se ukázalo, že léčba nízkoteplotním plazmatem jinak neovlivňuje zdravotní stav zvířat. K těmto závěrům jsme dospěli na základě výsledků z pitev a histologických analýz pokožky.

Jak koronový výboj působí na mikroorganismy?
Plazma v podstatě vytváří oxidační stres, který mikroorganismy zabíjí. Navíc některé buňky ohrožené přemírou reaktivních částic spáchají sebevraždu, tzv. apoptózu. Tento jev jsme potvrdili u kvasinek, ale jestli funguje také u mykózy, to nevíme.

Je naděje, že se váš postup začne využívat při léčbě lidí?
Neočekávám, že se bude nízkoteplotní plazma aplikovat masově, ale malému počtu pacientů, u kterých klasická léčba nezabírá, by mohla pomoci. Dala by se uplatnit jako další metoda při léčbě mykóz na nehtech, chodidlech a mezi prsty, kde se současné medikamenty nedají vždy spolehlivě použít. Nebo nefungují.

Co kdyby se vám ozval dermatolog, že chce váš postup vyzkoušet?
Samozřejmě bychom byli velice rádi. Záleží na náročnosti, potřebovali bychom na to dalšího pracovníka, nebo bychom museli utlumit některý z probíhajících projektů. A samozřejmě prohloubit znalosti o vlivu našeho typu plazmatu na pacienty.

Mohlo by se vaše zařízení používat k ošetřování chirurgických nástrojů?
Určitě, ale sterilizace v autoklávu je praktičtější a hlavně zavedená v praxi. Užití nízkoteplotního plazmatu je komplikovanější. Možnou aplikaci bych spíš viděl v ošetřování ploch předmětů, které nelze vložit do autoklávu, například povrchy laboratorních stolů nebo termolabilní předměty, na kterých můžou přežívat mikroorganismy odolávající používaným dezinfekčním prostředkům.

doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.

Narodil se v roce 1977 v Bratislavě. Vystudoval Fakultu elektrotechniky a informatiky Slovenské technické univerzity v Bratislavě, obor Informatika (Bc.) a Elektromateriálové inžinierstvo (Ing.) Doktorské studium absolvoval na Fakultě elektrotechnické ČVUT v Praze v oboru Fyzika plazmatu. Od roku 2007 pracuje v Ústavu fyziky a měřicí techniky Fakulty chemicko-inženýrské VŠCHT v Praze. Odborně se věnuje zejména výzkumu mikrobicidních účinků nízkoteplotního plazmatu.