Iratkozzon fel hírlevelünkre 
Itt állíthatja be, hogy a Google keresőben elsők között legyen az Origo.huSzeptemberben a L’Oréal–UNESCO A Nőkért és a Tudományért magyar ösztöndíj három díjazottja közé választották Dr. Bálint Erika vegyészmérnököt. Az áramlásos kémia segítségével azon dolgozik, hogy a gyógyszerhatóanyagok előállítása kevesebb hulladékkal, kisebb energiaigénnyel és biztonságosabban történjen. Az Origónak pályájáról, a csípős paprika hatóanyagával végzett kutatásairól és az olcsóbb reaktorok fejlesztéséről beszélt.
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Szerves Kémia és Technológia Tanszékének docensét, az áramlásos kémia hazai kutatóját már óvodáskorában megérintette a környezetvédelem világa. Vegyészmérnök nagynénje egy talaj-, víz- és levegővizsgálatokkal foglalkozó céget vezetett, és sokat mesélt neki a munkájáról. Bár a szakmai részleteket gyermekként még nem értette, az megragadta a figyelmét, hogy ezekkel a vizsgálatokkal a környezetszennyezés feltárását és kezelését segítik. Később egy családi tragédia irányította a figyelmét a gyógyszerkutatásra.
Fotó: JEAN-MARC BARRERE / Hans Lucas
A szennyvízlabortól az áramlásos kémia kutatásáig
Általános iskolásként még leginkább a lovak és a lótenyésztés érdekelték, gimnáziumi kémiatanárai azonban újra felébresztették benne a tudomány iránti korai lelkesedést. Amikor tizenegyedikes korában közölte nagynénjével, hogy vegyészmérnöknek készül, egy nagyon gyakorlatias tanácsot kapott: töltsön el egy hónapot nyári munkán a laborban, hogy közelről is megismerje ezt a hivatást.
Nagynénje szándékosan a szennyvízlaborba osztotta be. A tizenhét éves lány eleinte nem örült az ötletnek, de az ipari szennyvizek változatos vizsgálatai hamar magukkal ragadták. A hónap végére már biztosan tudta, hogy a BME-n szeretne továbbtanulni, és a jövőben környezetvédelmi analitikával foglalkozna. Ezeket a terveket azonban felülírta az élet. Másodéves egyetemista volt, amikor édesanyjánál méhnyakrákot diagnosztizáltak. Egy évvel később elveszítette őt.
„Édesanyám betegsége miatt egyre erősebben éreztem, hogy tenni akarok valamit a daganatos betegekért, ezért fordultam a gyógyszerkutatás felé”
– mondta Bálint Erika az Origónak. A doktori munkája során a két fő érdeklődési köre végül összekapcsolódott, és a kémiai reakciók környezetkímélőbb megvalósításán kezdett dolgozni.
Ennek érdekében többek között kifejezetten kémiai célokra tervezett mikrohullámú reaktorokat használt. A hagyományos melegítéssel órákig vagy napokig tartó reakciók időtartama így jelentősen csökkent. Ráadásul bizonyos esetekben még az oldószereket és a katalizátorokat is el lehetett hagyni. Amikor megalapította saját kutatócsoportját, ezt a tudást már a gyógyszerhatóanyagok zöldebb előállításában szerette volna kamatoztatni, miközben rákellenes molekulákkal is foglalkozott.
Fotó: L’Oréal
A gyógyszergyártás problémája: sok lépés, sok oldószer, sok hulladék
A hagyományos gyógyszergyártás megértéséhez a kutatónő a főzést hozta fel példaként. Egy összetett étel hozzávalói gyakran több külön fazékban készülnek, mielőtt egyesítjük őket. A gyógyszermolekulák előállítása is hasonlóan épül fel: gyakran négy-öt, de esetenként akár tíz egymást követő kémiai lépésből áll.
A reakciókat keverős tartályreaktorokban végzik, ipari méretben több, akár tíz köbméteres térfogatú berendezések is akadnak.
Egy-egy lépés végén a céltermék mellett melléktermékek is lehetnek a keverékben. A következő reakció előtt ezért gyakran meg kell tisztítani a keletkező anyagot.
A tisztítás sok oldószert igényel. Bár igyekeznek ezeket visszanyerni és újrahasznosítani, ez nem mindig lehetséges: a maradékot hulladékként elégetik. Ha ez a folyamat számos lépésben ismétlődik, az jelentős anyag- és energiafelhasználással jár. A tisztítást azonban nem lehet egyszerűen elhagyni, hiszen a gyógyszerhatóanyagoknak szigorú tisztasági követelményeknek kell megfelelniük. Ezért olyan eljárásokra van szükség, amelyek eleve kevesebb mellékterméket hoznak létre.
Színre lép az áramlásos kémia – mi zajlik a vékony csövekben?
„Az áramlásos kémia segítségével pontosan azt próbáljuk elérni, hogy ne legyen szükség minden lépés után tisztításra. A reakciókat vékony csővezetékekben, úgynevezett csőreaktorokban hajtjuk végre”
– magyarázta a szakember.
A rendszerbe pumpák segítségével folyamatosan áramlanak be a kiindulási anyagok, amelyek haladás közben találkoznak és reagálnak egymással, a cső másik végén pedig már a kész terméket tartalmazó elegy távozik. Bár a berendezésben egyszerre csak kevés anyag van jelen, a működés folyamatos.
A vékony csövekben hatékonyabb a hőátadás, ami segíthet a reakció szabályozásában. Megfelelő körülmények között nagyobb arányban keletkezhet a kívánt termék, és kevesebb melléktermék képződhet. Ennek köszönhetően egyes köztes tisztítási lépések elhagyhatók. Mivel az egymást követő reakciók berendezései összekapcsolhatók, egy jól kidolgozott eljárásnál elég lehet csak a legvégén megtisztítani a terméket.
Ezzel jelentősen csökkenthető az oldószerigény, a hulladék mennyisége és az energiafelhasználás is.
A reaktorok kis mérete biztonsági szempontból is előnyös. Egy asztalnyi helyen is elférő, zárt rendszerben egyszerre sokkal kevesebb anyag reagál, mint egy hatalmas tartályban, így kisebb a túlmelegedés vagy üzemzavar veszélye.
A csővezetékekbe épített ellenőrzési pontokon keresztül menet közben is nyomon követhető a reakció. Ha bármi eltér a várttól, be lehet avatkozni, vagy le lehet állítani a rendszert. A hibásan zajló reakció így hamar észlelhető, és a beavatkozással csökkenthető az anyagveszteség.
Fotó: Wikimedia Commons
Hogyan került képbe a csípős paprika hatóanyaga?
Az eljárás egyik kézzelfogható eredménye a kapszaicin – a paprika csípősségét adó vegyület – előállítása. Bár ezt az anyagot gyakran használják fájdalomcsillapító krémekben is, Bálint Erika csoportja egy növényvédelmi projekt keretében kezdett el foglalkozni vele. Két vállalat és két egyetem közös kutatásában egy olyan gombaölő szer kifejlesztését tűzték ki célul, amelyet elsősorban búzánál és kukoricánál alkalmazhatnak.
A betakarítás előtti csapadékos időjárás kedvez a gabonák gombás fertőzéseinek. A kutatók ezért egy olyan, természetben is előforduló hatóanyagból indultak ki, amelynek az előállítását egyszerűbb úton szerették volna megoldani. Bár a kapszaicin a paprikából is kivonható, ehhez hatalmas mennyiségű növényt kellene feldolgozni, ami sok hulladékkal járna. Ráadásul a kivonás során nem egyetlen tiszta vegyületet, hanem több rokon molekula keverékét kapják.
„Végül kidolgoztunk egy háromlépéses eljárást, nagyon olcsó alapanyagokból. A lépéseket egyetlen folyamattá kapcsoltuk össze, sőt, új vegyületeket is előállítottunk”
– mondta Bálint Erika. A módszerrel huszonnégy órán át, folyamatosan állítható elő a kapszaicin, a korábbi szakaszos eljárásoknál jóval kisebb energiafelhasználással.
A technológia további előnye, hogy a rokon vegyületeket külön-külön is elő lehet állítani. Így összehasonlítható, melyik molekulának milyen tulajdonságai vannak, és melyikkel érdemes tovább kísérletezni. A kutatók tizennégy új származékot hoztak létre, amelyek gombaölő hatását Debrecenben tesztelték.
Egyes származékok bizonyos laboratóriumi tesztekben kedvezőbb tulajdonságokat mutattak az ismert hatóanyaghoz képest.
Ha ennyi előnye van, miért nem vált még általánossá az áramlásos módszer?
A kutatónő szerint az áramlásos kémia elterjedésének egyik legfontosabb akadálya a magas beruházási költség. A piacon kapható reaktorok drágák, ráadásul maga a berendezés megvásárlása csak a kezdet. A gyógyszergyártás folyamata szigorúan szabályozott: ha egy jól bevált, hagyományos eljárást új technológiára cserélnek, annak engedélyeztetése is jelentős kiadást jelent a cégeknek.
Bálint Erika elmondta, hogy Svájcban, Angliában, Franciaországban és az Egyesült Államokban már alkalmazzák ezt a módszert a gyógyszeriparban. Magyarországon több kutatócsoport is foglalkozik a területtel, a szakember szerint azonban a hazai, üzemszerű hatóanyaggyártásban még nem terjedt el a technológia.
A kutatónő szerint a technológiaváltást leginkább egy teljesen új hatóanyag bevezetése indokolhatja. Ilyenkor eleve új gyártási folyamatot kell kidolgozni és engedélyeztetni, így az áramlásos módszer könnyebben teret nyerhet. Egy már bejáratott eljárás lecserélését nehezíthetik az átállás költségei.
Hosszú távon azonban
- a kevesebb oldószer,
- a kevesebb hulladék
- és a csökkenő hulladékkezelési költségek az új technológia felé terelhetik az ipart.
3D-nyomtatással fejlesztenek olcsóbb reaktorokat
A kutatócsoport szeretné elérni, hogy a berendezések ára is kedvezőbb legyen. Körülbelül négy éve kezdtek el 3D-nyomtatással foglalkozni, céljuk olcsóbb és hatékonyabb áramlásos reaktorok készítése. Ez a technológia lehetővé teszi, hogy az eszközöket pontosan az adott kémiai feladathoz szabják, és akár fémből nyomtatott reaktorok is szóba jöhetnek.
„Gyógyszeripari partnerekkel is együttműködünk: folyamatos visszajelzéseket kapunk az iparág szereplőitől, és ezek alapján finomítjuk a berendezéseinket”
– mesélte a kutatónő. Nem elég azonban csak olcsón legyártani egy eszközt; azt is bizonyítani kell, hogy a gyakorlatban, különféle reakcióknál és hatóanyagoknál is megbízhatóan működik.
Éppen ezért olyan gyógyszerhatóanyagok előállítását tesztelik a nyomtatott reaktorokban, amelyeket az amerikai gyógyszerhatóság (FDA) 2023-ban, 2024-ben vagy 2025-ben hagyott jóvá. Ezzel is igazolni akarják, hogy a kedvezőbb árú berendezések alkalmasak a különféle kémiai reakciók megvalósítására.
A végső cél az, hogy fejlesztéseiket néhány éven belül az ipar is hasznosíthassa.
A következő lépés: új molekulák és ipari alkalmazás
„Úgy gondolom, hogy az áramlásos kémia a következő öt évben sokkal szélesebb körben el fog terjedni. Bízom benne, hogy három-öt éven belül Magyarországon is megjelenik a mindennapi termelésben”
– fogalmazta meg várakozásait Dr. Bálint Erika. Ehhez azonban a reaktorok árának csökkenése mellett meggyőző kutatási eredményekre és ipari döntésekre is szükség lesz.
A kutatócsoport mindeközben új, lehetséges gyógyszerhatóanyagokat is keres. Egy európai uniós projekt keretében emlőrák elleni hatóanyagok fejlesztésén dolgoznak; az együttműködésben hét ország összesen kilenc kutatócsoportja vesz részt. Jelenleg sokféle vegyületet állítanak elő, abban a reményben, hogy a leghatékonyabb molekulák későbbi, nagyüzemi gyártását már áramlásos reaktorokkal tudják megoldani.
A feladat tehát kettős:
- egyrészt meg kell találni a legígéretesebb molekulákat,
- másrészt ki kell dolgozni a leghatékonyabb gyártási módszert.
A csoport munkájában ezen a ponton fonódik össze szorosan a gyógyszerkutatás és a technológiafejlesztés.
Hogyan lendítheti előre a szakmai munkát az idei díj?
A L’Oréal–UNESCO A Nőkért és a Tudományért elismerés személyesen is sokat jelent Bálint Erikának. Saját tapasztalatából pontosan tudja, milyen komoly kihívást jelent egyszerre családot alapítani és felépíteni egy kutatócsoportot. Ezért tartja különösen fontosnak, hogy az ösztöndíj a női kutatók munkájára irányítja a figyelmet.
„Nagyon fontos számomra, hogy példát mutathassak a következő generációnak. Ez a díj megerősít abban, hogy megérte a pályám során vállalt sok küzdelem, és hogy értékelik azt a munkát, amit végzek”
– fogalmazott a docens.
Az elismeréssel járó ismertség új szakmai kapcsolatokat is hozhat. Az idei év másik két díjazottjával, Menyhart Otíliával és Baji Zsófiával korábban nem ismerték egymást, ám már az első közös ebédjükön a lehetséges együttműködésekről beszélgettek. Menyhart Otília számítógépes modellezése segíthet kijelölni az ígéretes molekulákat, amelyeket Bálint Erika csoportja aztán elő is tud állítani. Baji Zsófia fizikusként pedig új szempontokkal gazdagíthatja a reaktorfejlesztést.
„A kutatás sosem magányos műfaj. Én sem érthetek mindenhez, ezért is dolgozom egy körülbelül harmincfős csapattal”
– tette hozzá a kutatónő.
Ha a kémiai tudás más szakemberek biológiai, informatikai vagy fizikai tapasztalataival párosul, sokkal célzottabban tervezhetik meg a jövőbeli kísérleteket. A díjjal járó figyelem így nemcsak erkölcsi elismerés, hanem új lendületet és lehetőségeket is ad a kutatások folytatásához.
