Profesor František Štěpánek nedávno přeplaval Gibraltarskou úžinu. V rozhovoru popisuje, proč je otevřené moře méně předvídatelné než výzkum, co mají společného vytrvalostní sport a vědecká práce a jak se jeho tým posouvá od chemických robotů k personalizovaným léčivům. Mluví také o současných studentech, zkušenostech ze zahraničí a budoucnosti chemického inženýrství.
Když jste po více než čtyřech hodinách doplaval na africký břeh, co byla první myšlenka, která vám proběhla hlavou?
Především obrovská úleva. Do poslední chvíle totiž nebylo jasné, kdy a zda vůbec budeme plavat. Člověk dostane desetidenní časové okno, během kterého musí být připravený v Tarifě, odkud se vyplouvá. Konkrétní okamžik startu se určuje až podle vývoje počasí, především podle síly větru, velikosti vln a přílivových podmínek.
My jsme po sedmi dnech čekání dostali pokyn, abychom byli připraveni v přístavu. Ani tehdy ale nebylo jisté, zda nám skutečně dovolí vyplout. Vítr byl mírně nad stanoveným limitem a dostali jsme podmínku, že do tří hodin odpoledne musíme být za polovinou trasy. Jinak by organizátoři přeplavbu z bezpečnostních důvodů ukončili.
Ani během plavání jsme proto neměli jistotu, že nám dovolí doplavat. Nešlo o to, že bychom to nemuseli zvládnout fyzicky. Při silnějším větru a větších vlnách je ohrožený také doprovodný člun s rozhodčím. První pocit v cíli tedy byla úleva, že se přeplavbu vůbec podařilo dokončit. Potom samozřejmě přišla radost z vlastního výkonu a také z prostředí, které je tam mimořádně krásné.
V čem se taková přeplavba liší od jiných vytrvalostních závodů?
Když se člověk chystá na maraton, zná datum startu a ví, že pokud nenastanou opravdu mimořádné okolnosti, závod se uskuteční. Může k tomu směřovat režim spánku, jídla, odpočinku i posledních tréninků.
V Tarifě jsme museli být po celou dobu připraveni na to, že nám večer řeknou, že se plave následující ráno, nebo že dostaneme pokyn ještě tentýž den. Nemůžete se tedy standardním způsobem naladit na jeden konkrétní okamžik. Musíte si průběžně udržovat fyzickou i psychickou připravenost a současně počítat s tím, že se možná vůbec nepoplave.
Jak jste se k přeplavbě Gibraltarské úžiny vlastně dostal?
Nebyl to můj dlouhodobý plán. Mým hlavním sportem je triatlon, jehož součástí je samozřejmě plavání. V dlouhém triatlonu se plave 3,8 kilometru, což je výrazně méně než při přeplavbě Gibraltaru, ale díky pravidelnému tréninku jsem měl určitou výchozí připravenost.
V plavecké skupině se mnou trénuje kolega, který se věnuje dálkovému plavání. Na možnost přeplavby se čeká poměrně dlouho a jeho skupina měla termín rezervovaný několik let dopředu. Jeden z původních účastníků však mezitím přestal plavat, takže hledali náhradu. Kolega věděl, že plaveme podobně rychle, a zřejmě také usoudil, že neodmítnu žádnou výzvu.
Definitivně jsem se tedy rozhodl až v dubnu, přičemž plavba měla být v červenci. Na specifickou přípravu jsem měl přibližně tři měsíce. Zařadil jsem hlavně delší plavání v otevřené vodě, abych si vyzkoušel, jak bude tělo reagovat na několik hodin souvislého plaveckého pohybu.
Musel jste se při plavání hlídat, abyste nezačal příliš rychle?
Ano. Podobně jako u běhu nebo cyklistiky je potřeba zvolit udržitelné, řekněme výletní tempo. Gibraltar je ale specifický tím, že i za relativně mírných podmínek jsou na moři vlny a vítr. Člověk vydává velkou část energie na udržení rovnováhy, správné polohy a techniky, nejen na samotný záběr.
Přirovnal bych to k rozdílu mezi jízdou na kole po rovném asfaltu a jízdou po rozbahněném kamenitém trailu. Rychlost může být nižší, ale energetická náročnost je podstatně vyšší.
Navíc nikdy předem nevíte, jak se sejdou proudy. Přeplavba může trvat čtyři hodiny, ale také šest, přestože plavec postupuje vůči vodě stejným tempem. Tempo je proto nutné zvolit tak, aby měl člověk rezervu i pro případ, že ve vodě stráví podstatně více času, než původně předpokládal.
Existuje během přeplavby okamžik, kdy člověk bojuje především s vlastní hlavou?
Určitě. V našem případě to bylo umocněné nejistotou, zda se počasí nezhorší natolik, že nás z vody vytáhnou. Dokud jsme nebyli výrazně za polovinou, nevěděli jsme, jestli nám dovolí pokračovat.
Psychicky náročné byly také poslední přibližně dva kilometry. V našem případě jsme u marockého pobřeží plavali proti proudu. Cíl už máte téměř na dohled, ale najednou se vůči pobřeží pohybujete třeba poloviční nebo třetinovou rychlostí. Člověk je unavený a zároveň sleduje, jak pomalu se k cíli přibližuje.
Stává se, že plavec právě v této části přeplavbu nedokončí. Už nedokáže překonat rychlost protiproudu, zůstává prakticky na místě a po určité době musí být z vody vytažen, přestože má pobřeží na dohled. To musí být mimořádně frustrující.
Věda i dálkové plavání jsou disciplíny, ve kterých výsledky nepřicházejí rychle. Vidíte mezi přípravou na Gibraltar a přípravou velkého výzkumného projektu společné principy?
Rozhodně. Na Gibraltar jsem se specificky připravoval přibližně tři měsíce. To, že jsem vůbec byl schopný takovou výzvu přijmout, je ale výsledkem dvaceti nebo třiceti let sportovní aktivity. Ve vědě je to velmi podobné. Člověk postupně shromažďuje zkušenosti, zkouší, co funguje a co ne, a potom z nich může čerpat při formulování a dokončování nových projektů.
Věda i vytrvalostní sport jsou běh na dlouhou trať. Nedají se urychlit. Obojí vyžaduje soustavnou činnost po dlouhou dobu, i když není vždy pohodlná a výsledek se nedostaví okamžitě. Musíte věřit, že pokud se něčemu věnujete pravidelně, vaše práce nakonec přinese ovoce.
Podobné je to i opačně. Když vynecháte jeden trénink před závodem, který se koná za tři roky, pravděpodobně se nic nestane. Jestliže ale začnete vynechávat pravidelně, důsledky se postupně nasčítají a ztrátu už nemusíte dohnat.
Ve vědě může člověk po několika letech zjistit, že mu chybí odborný nebo kariérní posun, který by při konzistentní práci získal. Pozitivní i negativní důsledky našich návyků se projeví až s odstupem. Právě v tom mají podle mě vytrvalostní sporty a věda mnoho společného.
Ve vědě často mluvíme o práci s nejistotou. Co je podle vás méně předvídatelné, otevřené moře, nebo výzkum?
Řekl bych, že otevřené moře. Ani výzkum samozřejmě není předvídatelný. Když se ale člověk pohybuje v oblasti, kterou už alespoň částečně zná, dokáže si obvykle připravit plán B nebo plán C. Možná nepovedou k tak průlomovému výsledku, ale na základě fyzikálních principů lze očekávat, že budou fungovat.
Špičkové vědecké poznatky předvídat nelze. Minimálně v našem inženýrském oboru ale platí, že pokud si nedáme za cíl něco fyzikálně nemožného, pravděpodobně existuje alespoň nějaká cesta k výsledku, byť nebude ideální.
V otevřeném moři je varianta, že to nepůjde vůbec, zcela reálná. Během přeplavby jsem zažil téměř všechno. Prvních asi pětačtyřicet minut to byla doslova “pračka”. Moře bylo naprosto nepravidelné, vlny přicházely zprava i zleva a nebylo možné najít rytmus. Později se podmínky trochu zpravidelnily, nikoli však uklidnily.
V Gibraltaru se navíc mísí středomořská a atlantská voda, takže se mění teplota i pocit při záběru. Větší vlny komplikují orientaci, ale rytmus tolik nenarušují. Menší vlny vám naopak neustále stříkají do obličeje, zachytávají ruku a nutí vás měnit frekvenci záběrů i dýchání.
Při běhu nebo cyklistice si člověk většinou najde rytmus, který mu vyhovuje a který dokáže udržet. Na otevřeném moři rytmus neurčuji já. Určuje ho příroda. Schopnost přizpůsobit se a přijmout, že jsem do určité míry vydán podmínkám, je součástí celé zkušenosti. Kdybych se snažil s mořem bojovat, za deset minut se vyčerpám a skončím.
Vedete Ústav chemického inženýrství. Co je dnes na ústavu nového a jakým směrem by se měl podle vašich představ ubírat?
Pravidelně se snažíme přijímat nové kolegyně a kolegy na pozice odborných asistentů. Hledáme lidi, kteří absolvovali zahraniční postdoktorandský pobyt a mají chuť i předpoklady pokračovat v akademické kariéře. Za dobu, kdy ústav vedu, k nám takto průběžně nastoupilo přibližně šest nebo sedm lidí.
Postupně se zapojují do kolektivu, budují vlastní výzkumné skupiny, získávají první granty a vytvářejí odborné kontakty. Je velmi příjemné sledovat, když se jim daří. Člověk v tom vidí budoucnost oboru i celé akademické profese.
U zavedených výzkumných skupin je proměna méně personální a více tematická. Mění se grantové prostředí i potřeby průmyslu. Každá skupina proto musí ve své odbornosti hledat oblasti, které jsou v dané chvíli vědecky relevantní, prakticky potřebné a zároveň financovatelné. Myslím, že se to většině kolegů daří.
V čem podle vás spočívá síla chemického inženýrství?
Velkou výhodou je, že chemické inženýrství není pevně spojeno s jediným průmyslovým odvětvím. Kdyby se člověk specializoval výhradně na jeden konkrétní výrobní proces a příslušné odvětví zaniklo, mohl by s ním zaniknout i jeho obor.
Chemické inženýrství je založeno na jednotkových operacích, které se uplatňují bez ohledu na to, zda vyrábíte léčiva, hnojiva, zubní pastu nebo pohonné hmoty. Vždy existuje nějaké odvětví ve fázi růstu, ve kterém chemické inženýrství najde nové možnosti.
V současnosti je náš obor důležitý například tam, kde se řeší cirkulární ekonomika, udržitelný rozvoj nebo dekarbonizace průmyslu. Člověk ale musí mít otevřené oči, být aktivní a nefixovat se na jediný sektor. Je důležité zachovat si univerzálnost.
Vedete Laboratoř chemické robotiky CHOBOTIX. Jak se její zaměření od založení proměnilo?
Když jsem skupinu přibližně na přelomu let 2008 a 2009 zakládal, dívali jsme se na spojení chemie, robotiky a procesního inženýrství trochu jinak než dnes. Postupně jsme se významně posunuli v tom, jak tuto kombinaci chápeme.
V současnosti je těžištěm mého výzkumu formulační inženýrství. Hledáme formulace pro doručování léčiv nebo jiných účinných látek tak, aby se dostaly ve správném množství, ve správný čas a na správné místo. Toto téma naši práci dlouhodobě propojuje.
V posledních letech se výrazně soustředíme na automatizaci vývojových kroků potřebných k nalezení a výrobě formulace s požadovanými vlastnostmi. Dalším důležitým tématem je personalizace léčiv. Nemyslíme tím personalizaci samotné molekuly, ale složení lékové formy, například poměr účinných látek nebo rychlost jejich uvolňování.
Věnovali jste se také 3D tisku léčiv. Proč od něj nyní částečně ustupujete?
Neustupujeme od aditivní výroby jako principu. Nemyslíme si ale, že klasický 3D tisk je ideální cestou k průmyslové výrobě personalizovaných léčiv. Problémem je škálovatelnost a také nutnost znovu optimalizovat tiskový materiál pro každou účinnou látku.
Přišli jsme proto s jiným konceptem, který umožňuje sestavovat personalizované lékové formy ze standardizovaných podjednotek, například minitablet. Není založený na 3D tisku, ale na jejich robotickém míchání.
Pomocí těchto podjednotek lze personalizovat kombinaci účinných látek, jejich dávku i profil uvolňování. Na řešení máme patent a jednáme o možnosti založit startup, který by technologii dále rozvíjel a přiblížil ji reálnému využití.
Jaký konkrétní problém má tato technologie řešit?
Jedním z problémů je takzvaná polyfarmacie, tedy situace, kdy člověk dlouhodobě užívá větší počet léčiv. S prodlužováním života přibývá lidí s chronickými onemocněními, která sice nejsou bezprostředně smrtelná, ale vyžadují dlouhodobou medikaci. Týká se to například kardiovaskulárních onemocnění, nemocí pohybového aparátu nebo trávicí soustavy.
Nutnost užívat každý den větší množství tablet může být pro pacienty nepohodlná a může vést ke snížené adherenci. Jinými slovy, lidé neužívají léky přesně tak, jak jim byly předepsány. Obecně platí, že čím menší počet jednotlivých pilulek musejí užívat, tím snazší je léčebný režim dodržovat.
Zabývali jsme se proto otázkou, jak jednotlivé tablety miniaturizovat. Účinná látka může tvořit jen menší část tablety, zatímco zbytek představují pomocné látky, mimo jiné plniva, která umožňují, aby měla tableta praktickou velikost a dala se uchopit.
Pokud se podaří množství pomocných látek omezit, aniž se změní profil uvolňování a další důležité vlastnosti léčiva, lze lékovou formu rozdělit do menších podjednotek. Jejich kombinací pak může vzniknout jediná personalizovaná kapsle, která obsahuje potřebné účinné látky v odpovídajících dávkách a s požadovanými profily uvolňování.
Vyvinuli jsme způsob takové reformulace a také zařízení, které dokáže personalizované receptury automaticky skládat s vysokou propustností. Právě tomuto výzkumu jsme se v posledních letech intenzivně věnovali.
Na jakých dalších farmaceutických tématech pracujete?
Máme poměrně silnou spolupráci se společností Zentiva. V oblasti farmaceutického výzkumu funguje platforma The Parc (Pharmaceutical Applied Research Center), která propojuje průmyslové a akademické partnery.
Spolupráce je postavena mimo jiné na principu průmyslových doktorátů. Téma práce je definováno tak, aby bylo vědecky zajímavé a zároveň relevantní pro průmysl. Student má školitele z akademické instituce a současně konzultanta nebo školitele z řad průmyslových specialistů.
Věnujeme se například formulaci léčiv, jejich vyrobitelnosti a stabilitě. Řešíme, jak stabilizovat složky náchylné k degradaci v důsledku hydrolýzy, oxidace nebo změn pH. Zabýváme se také zjednodušováním výrobních postupů, snižováním nákladů a minimalizací množství odpadu.
Jsou to otázky, které jsou zajímavé vědecky a současně mají jasný praktický dopad. Platformu The Parc iniciovala Zentiva ve spolupráci s VŠCHT Praha, Přírodovědeckou fakultou Univerzity Karlovy a Ústavem organické chemie a biochemie Akademie věd ČR. Její program je založen na spolupráci doktorandů s akademickými a průmyslovými odborníky.
Který výzkumný směr na ústavu považujete za zvlášť perspektivní?
Nerad bych jednotlivé skupiny hodnotil nebo sestavoval jejich pořadí. Pokud bych ale měl jeden směr vyzdvihnout, bylo by to ukládání energie, zejména vývoj průtočných baterií.
Tento výzkumný směr se na našem ústavu rozvinul z původní skupiny profesora Juraje Koska a věnuje se mu mimo jiné Petr Mazúr. Považuji ho za velmi perspektivní i proto, že technologie postupuje směrem k praktickému využití.
V roce 2019 jste získal Cenu Wernera von Siemense za nejlepšího pedagogického pracovníka. Jak se podle vás změnil typický student VŠCHT Praha za posledních deset let?
Připadá mi, že dnešní studenti přicházejí na vysokou školu sebevědomější a jsou schopni mnohem dříve pracovat nezávisle.
Když si vzpomenu na své začátky v laboratoři před diplomovou prací, dostával jsem úzce definované konkrétní úkoly. Teprve jejich postupným plněním jsem si budoval samostatnost. Dnešním studentům můžete zadat poměrně široce formulovaný problém. Sami si k němu nastudují podklady, v diskusi téma zúží a postupně si vytvoří konkrétní projekt, na kterém budou pracovat.
Velmi si cením jejich samostatnosti, schopnosti rychle získat přehled o nové oblasti a odvahy do problému vstoupit. Jsou také univerzálnější. Nemají problém učit se pracovat s různými přístroji, kombinovat teoretické a experimentální postupy nebo přejít mezi laboratorní prací a počítačovou simulací. Často takové kombinace sami vyhledávají, protože je baví.
S každou další generací žasnu nad tím, co studenti přinášejí, jak přemýšlejí a co se od nich mohu naučit. Jsem ze současných studentů opravdu nadšený.
Změnila se také jejich motivace?
Ano. Dnešní studenti se více ptají po dlouhodobém smyslu své práce. Nespokojí se s tím, že jim profesor řekne: změřte rychlost této reakce nebo koncentrační závislost této látky, protože já si myslím, že je to důležité.
Chtějí znát celkový obraz. Potřebují vědět, k čemu bude jejich práce sloužit, proč ji dělají a jaká je vize za horizontem tříměsíčního studentského projektu. Zajímá je, co může dané téma znamenat za rok, za dva nebo za deset let.
Je to důležité pro jejich motivaci a zároveň to udržuje ve střehu i mě. Každý projekt, který studentovi zadám, musí mít jasnou dlouhodobou vizi. Neměl by sloužit jen k uspokojení mé vlastní vědecké zvědavosti, ale přispívat k něčemu širšímu.
Proměnil se jejich vztah k zahraničním pobytům?
Moje generace vyrůstala v době, kdy nebylo možné svobodně cestovat do zahraničí. Pro mě proto byla možnost vyjet na konferenci nebo stáž sama o sobě velmi motivující.
Dnešní studenti jsou od dětství zvyklí cestovat, jezdit na výměnné pobyty nebo pobývat v zahraničí s rodiči. Výjezd pro ně proto není automaticky něčím vzácným. Když jim nabídneme zahraniční stáž, nezačnou nutně skákat radostí jen proto, že někam mohou odjet. Zvažují, zda se jim pobyt hodí, co jim přinese a zda má smysl.
Zpočátku může člověk nabýt dojmu, že si příležitosti neváží. Ve skutečnosti ji pouze posuzují stejným způsobem jako jakoukoli jinou nabídku. Nejedou do zahraničí jen proto, že jde o zahraničí, ale tehdy, když vidí konkrétní důvod a přínos. To je vlastně zdravější přístup.
Zároveň se výrazně zmenšil rozdíl mezi vybavením, které může nabídnout VŠCHT Praha, a pracovišti v západní Evropě. Přinejmenším z hlediska přístrojového zázemí už zahraniční pobyt není automaticky cestou k něčemu, k čemu se student doma vůbec nemůže dostat.
Během kariéry jste působil na několika zahraničních pracovištích, mimo jiné ve Francii a ve Velké Británii. Co nejcennějšího jste si z těchto zkušeností přivezl?
Především osobní kontakty. Zvlášť cenné jsou vztahy, které jsem si vytvořil v raných fázích kariéry, během doktorátu v Paříži a během prvních let v Anglii.
Lidé, kteří tehdy byli především kamarády, se postupně dostali na významné pozice ve firmách nebo na univerzitách. Člověk potom po celý profesní život čerpá ze sítě vztahů, kterou si během zahraničního pobytu vybudoval. V okamžiku, kdy tato přátelství vznikají, si jejich budoucí význam často ani neuvědomuje. Zpětně je ale považuji možná za nejdůležitější přínos.
Cenná je také možnost sledovat, jak fungují akademické systémy v různých zemích. Každý má své výhody a nevýhody. Liší se tlaky, kterým akademici čelí, způsob hodnocení grantové úspěšnosti i poměr mezi činností, kterou si určují sami, a povinnostmi vycházejícími z poslání dané univerzity. Člověk si pak může z každého systému vzít to, co považuje za přínosné.
V čem podle vás česká věda za zahraničím stále zaostává?
Jednou z největších slabin je způsob přijímání lidí na akademické pozice, zejména odborných asistentů, a absence důsledně nastaveného systému profesního postupu známého jako tenure track.
Potřebovali bychom jasnější průběžné hodnocení profesního rozvoje a schopnost včas rozpoznat, že se člověku nedaří a dlouhodobá akademická kariéra pro něj možná není vhodná. Žádný zaměstnavatel nemá při náboru stoprocentní úspěšnost. Českému akademickému prostředí ale podle mě chybí dostatečně robustní, předvídatelný a spravedlivý mechanismus, který by takovou situaci dokázal řešit.
V zemích, jako jsou Velká Británie, Spojené státy nebo Německo, bývají první roky akademické kariéry tvrdší. Systém ale poměrně jasně oddělí ty, kteří mají předpoklady vybudovat si funkční výzkumnou skupinu a dále profesně postupovat, od těch, kterým se to nepodaří.
Kritéria postupu jsou předem definovaná a člověk nemůže zůstat neomezeně dlouho na stejné příčce. Buď během stanovené doby splní podmínky dalšího kariérního postupu, nebo si hledá jiné uplatnění. V českém prostředí může někdo zůstat odborným asistentem velmi dlouho, aniž by se jeho pozice zásadně vyhodnotila.
A co naopak považujete za silnou stránku českého prostředí?
Nejen ve vědě, ale obecně máme podle mě stále silnou schopnost improvizovat a hledat kreativní způsoby řešení problémů. Tato vlastnost je v české společnosti poměrně hluboce zakořeněná.
Také si myslím, že značná část lidí má přirozenou zkušenost s manuální prací. Něco si vyzkoušeli vyrobit v garáži, na zahradě nebo v dílně a získali cit pro to, jak se různé materiály chovají.
Během působení ve Velké Británii jsem se setkal i se studenty, kteří nastoupili do doktorského studia bez základních manuálních zkušeností. Měli problém uříznout hadičku, něco napojit nebo pracovat s jednoduchým nástrojem, protože si takovou zručnost od dětství nevybudovali.
V českém prostředí je podle mě manuální a laboratorní zručnost stále na vysoké úrovni. Je to výhoda, kterou si možná ne vždy plně uvědomujeme.
Na VŠCHT Praha studuje řada výkonnostních a vrcholových sportovců. Jak se podle vás daří kombinovat náročné studium se sportem na vysoké úrovni?
Ke studentům, kteří to zvládají, mám velký obdiv. Studium na VŠCHT Praha je náročné a výkonnostní sport také. Je skvělé, že jim škola tuto kombinaci umožňuje, protože vyžaduje určitou flexibilitu v rozvrhu i v termínech zkoušek a zápočtů.
Byl bych rád, kdyby se tuto vstřícnost podařilo zachovat i do budoucna. VŠCHT Praha by měla být místem, kde mohou studovat lidé, kteří chtějí zároveň sportovat na vysoké úrovni.
Nemyslím si, že by se věda, studium a sport vzájemně vylučovaly. Naopak se často setkáváme s tím, že lidé, kteří jsou velmi dobří ve svém oboru, jsou zároveň dobrými sportovci.
Jaká další výzva vás čeká, ať už ve sportu, nebo ve vědě?
Určitě nějaká přijde, ale zatím nevím jaká. Výzva je pro mě zajímavá právě tím, že se objeví nečekaně. Nemám nyní naplánováno, co dalšího přeplavu, přejedu nebo přeběhnu.
Dlouhého Ironmana jsem už poměrně dlouho neabsolvoval. Když jsem si splnil velký sportovní sen a zúčastnil se závodu na Havaji, v tomto směru jsem trochu polevil. Možná nastal čas dlouhý Ironman znovu zařadit a tréninkovou aktivitu oživit. Uvidíme, jaká příležitost se objeví.