TEMATICKÉ OKRUHY PRO ABSOLVENTSKÉ PRÁCE

V rámci příprav a tvorby bakalářské, diplomové nebo disertační práce se může student věnovat činnostem v následujících oblastech výzkumu. Kromě toho každý rok vypisujeme seznam aktuální témat, které si může student vybrat jako téma své práce.

 

TENKÉ FILMY

Příprava a charakterizace tenkých filmů z hyaluronanu a jeho derivátů

Tenké filmy z biokompatibilních a biodegradabilních polymerů mají řadu využití v medicíně, například pro přípravu zdravotnických prostředků nebo ve tkáňovém inženýrství. Mezi materiály vhodné pro přípravu takovýchto filmů patří hyaluronan a jeho chemicky modifikované formy (deriváty). Standardně jsou hyaluronové filmy připravovány odpařením rozpouštědla z polymerního roztoku. Výzkum v této oblasti se zaměřuje na optimalizaci podmínek sušení s ohledem na výsledné vlastnosti filmů, důležitou oblastí je též příprava filmů s aktivními látkami. V rámci charakterizace filmů studujeme jejich strukturu a morfologii, mechanické vlastnosti, chování v různých prostředích a mechanickou i chemickou stabilitu. Další analýzy jsou pak zařazovány dle konkrétní aplikace. Vzhledem k cílovému využití filmů v medicíně jsou důležitou součástí in-vitro a in-vivo testy zaměřené na bezpečnost a účinnost vyvíjených produktů.

 

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Fyzikálně chemická charakterizace kyseliny hyaluronové a jejich derivátů

Zabýváme se fyzikálně-chemickou charakterizací kyseliny hyaluronové a jejich derivátů. Vyvíjíme vztah mezi strukturou a vlastnostmi pro lepší pochopení chování těchto systémů v roztoku, které předchází jejich zpracování do dalších forem – filmů a vláken. Dále studujeme samo-uspořádávání hydrofobních derivátů do nadmolekulárních struktur v závislosti na typu jejich modifikace. Struktura těchto nadmolekulárních útvarů pak řídí jejich vlastnosti v aplikacích jako například nosiče léčiv. Vytváříme základní a aplikované poznatky pro další vývoj a zpracování různých systémů na bázi kyseliny hyaluronové s využitím v biomedicínských aplikacích. Využíváme experimentální techniky jako například reologie, dynamický rozptyl světla, fluorescence, měření zeta-potenciálu a povrchového napětí.

 

MIKROVLÁKNA

Mikrovlákna z kyseliny hyaluronové a dalších biokompatibilních biopolymerů mají široké uplatnění v medicíně v podobě plošných i objemových (3D) zdravotnických prostředků, které se pro své unikátní vlastnosti hodí například pro léčbu špatně se hojících ran (bércové vředy, hluboké rány) nebo pro zlepšení biokompatibility implantátů. Náš výzkum se zaměřuje na (i) vývoj charakterizačních a analytických metod, (ii) studium a optimalizaci procesů přípravy vláken za účelem dosažení vlastností vhodných pro konkrétní aplikace, (iii) vývoj metod inkorporace aktivních farmaceutických látek do vláken a studium jejich uvolňování, a (iv) na rozvoj stávajících i vývoj úplně nových technologií pro zvlákňování biopolymerů.

 

APLIKAČNÍ CHEMIE

V rámci oddělení se zabýváme syntézou modifikované kyseliny hyaluronové pro různé aplikaci například pro kosmetické účely nebo v oblasti oftalmologie, dále provádíme analýzy (převážně fyzikálně-chemického charakteru) pro ostatní výzkumné a vývojové skupiny jako stanovení hydrodynamických velikostí molekul v roztoku, charakterizaci reologických vlastností, analýzu struktury organických molekul (pomoci NMR) a termogravimetrická stanovení.

 

APLIKACE NANOVLÁKEN

Nanovlákna jsou moderním materiálem, do kterého se vkládají velké naděje v mnoha oborech, tudíž i naše práce zahrnuje poznatky z fyzikální, analytické a materiálové chemie, farmacie a textilního inženýrství. Naše oddělení se zabývá vývojem kosmetických a zdravotnických prostředků od laboratorního vývoje přes poloprovozní ověření až, v případě kosmetického produktu, zavádění výroby. Tohoto vývoje se dotýká i administrativa spojená s možnou registrací finálních výrobků a s požadavky legislativy. V rámci poloprovozu pak probíhá i ověřování technologie.

 

FYZIOLOGIE BUŇKY

Metabolismus a signalizace kyseliny hyaluronové

Kyselina hyaluronová je jednou z významných složek extracelulární matrix v lidském organismu, kde nejen reguluje mechanické vlastnosti tkání, ale také aktivně signalizuje skrz řadu specifických buněčných receptorů a společně s dalšími vazebnými proteiny a polysacharidy vytváří informačně bohatou síť. Ta ovlivňuje řadu základních i velmi komplexních procesů na úrovni buněk a tkání, mimo jiné buněčnou migraci, proliferaci, apoptózu, reparaci a regeneraci tkání, imunitní signalizaci při infekcích i autoimunitních chorobách či invazivitu nádorových buněk.  Z těchto důvodů je kyselina hyaluronová a její chemické deriváty zajímavou molekulou v řadě biomedicínských aplikací, kde se využívá výše zmíněných vlastností. V rámci bakalářské či diplomové práce bude hlavním úkolem zkoumání molekulárních mechanismů specifických účinků kyseliny hyaluronové na vybrané buněčné typy.

 

Molekulární mechanismy hojení ran

Chronické a infikované rány představují nejen obrovskou zátěž pro pacienta, ale se zvyšujícím se věkem obyvatelstva rozvinutých zemí, i pro národní i celosvětovou ekonomiku. Jedním z předpokladů úspěšné léčby těchto ran je pochopení příčin jejich vzniku a především toho, co odlišuje ránu hojící se normálním způsobem od těch chronických, které nejsou schopny bez významných zásahů lékařů překonat zánětlivou fázi. V rámci tohoto tématu se budou studovat nejen chronické rány samotné (především na základě jejich expresního profilu), ale také látky používané v přípravcích na léčbu chronických ran ovlivňující základní procesy během jednotlivých fází hojení. Tyto výsledky následně mohou sloužit k vývoji nových účinných krytů ran.

 

KOSMETIKA

Studium fyziologie stárnutí kůže

Stárnutí kůže je komplexní biologický proces, který vzniká jako důsledek kombinace různých vnitřních a vnějších faktorů. Mezi ty vnitřní patří převážně genetické předpoklady, buněčný metabolismus a hormony, naopak mezi nejvýznamnější vnější faktory se řadí UV záření a různé chemikálie, toxiny přítomné v okolním prostředí. Všechny tyto faktory přispívají ke kumulativním negativním změnám ve struktuře a fyziologii kůže, které vedou ke zhoršení její funkce i vzhledu. Důsledkem vnitřního stárnutí v místech krytých před sluncem je atrofovaná, suchá kůže s jemnými vráskami. Typickým znakem kůže vystavené slunečnímu záření jsou hluboké vrásky, ztráta elasticity vedoucí k povadlosti kůže a pigmentové skvrny. Na molekulární úrovni je stárnutí doprovázeno degradací složek extracelulární matrix, převážně kolagenu a glykosaminoglykanů, kumulací amorfní hmoty poškozených elastických vláken (solární elastóza), zpomalením proliferace buněk, redukcí deskvamace, sníženou produkcí bariérových lipidů, chronickým zánětem, poruchami procesu melanogeneze atd. 

Cílem práce bude zkoumání některého z aspektů stárnutí kůže pomocí různých molekulárně-biologických metod jako např. kvantitativní RT-PCR, SDS-PAGE, western blotting, fluorescenční mikroskopie, imunohistochemie, stanovení viability buněk, stanovení aktivity vybraných enzymů atp. na primárních kožních buňkách odvozených z lidských dárců či na buněčných liniích, popř. na vzorcích lidské kůže z plastických operací nebo dobrovolně darované, či na modelu prasečí kůže.

 

PEPTIDY

Syntéza biologicky aktivních peptidů na pevné fázi

Peptidy nacházejí uplatnění v široké škále oborů, zejména pak v biologii, mikrobiologii či medicíně. Absolventská práce svou komplexností spojuje několik vědeckých oborů, jako je organická a analytická chemie a biochemie. Cílem práce (BP nebo DP) je příprava vybrané skupiny peptidů (elastin-like, antimikrobiální, adhezivní, atd.) metodou syntézy na pevné fázi, jejich odštěpení z příslušného nosiče a purifikace. Součástí této práce je rovněž charakterizace fyzikálně-chemických vlastností a příslušné biologické testování ve spolupráci s jinými odděleními. 

 

FARMAKOKINETIKA 

Vývoj analytických metod pro stanovení vybraných analytů v biologických matricích

Analýza biologických materiálů pomocí instrumentálních metod analýzy, zejména pak pomocí kapalinové chromatografie a hmotnostní spektrometrie představuje účinný nástroj, bez kterého se farmaceutický výzkum neobejde. V rámci této diplomové práce bude zavedena metodika pro stanovení vybraných analytů v biologických matricích, jako je krev, plazma nebo živočišná tkáň. Práce bude zaměřena na optimalizaci úpravy biologických vzorků a na vývoj analytické metody LC-MS.  

  

MODIFIKACE

Chemické modifikace kyseliny hyaluronové (HA) mají významný vliv na fyzikální a biologické vlastnosti tohoto polysacharidu. V rámci skupiny modifikace se řeší především příprava bio-degradovatelných materiálů aplikovatelných v tkáňovém inženýrství, kosmetice, biomedicíně (nosiče aktivních látek) nebo v oblasti krytů ran. Syntetizovány jsou lineární molekuly s různou velikostí od 2 kDa až po 2 MDa, nebo síťované struktury, kde molekulová hmotnost není limitována. Při výběru potenciálních metod je nutné zvážit také toxicitu použitých sloučenin a případné enviromentální dopady přípravy ve větším množství. Proto jsou preferovány přístupy, které používají netoxická rozpouštědla (ideálně voda nebo žádné rozpouštědlo) a dostupná činidla s přijatelným enviromentálním profilem. Vyvíjené materiály musí splňovat ty nejvyšší kritéria originálnosti, takže klíčovou oblastí je i podrobná strukturní analýza připravených substrátů, která je nevyhnutná jak pro registraci případného produktu, tak pro potřeby patentování a publikováni.

 

FERMENTACE

Laboratoř Fermentace se věnuje kultivaci mikroorganismů zajímavých z biotechnologického hlediska. Pracujeme s producentem hyaluronové kyseliny, gram-pozitivní bakterií Streptococcus zooepidemicus. Zajímají nás druhy bakterií a hub produkující látky využitelné v kosmetice. Připravujeme zde taky rekombinantní kmeny za účelem produkce vybraných enzymů. Zajímáme se rovněž o bakterie osídlující kůži a proto významné z kosmetického hlediska. Student získá znalosti v oblasti kultivace mikroorganismů, sledování a vyhodnocování jejich fysiologického stavu.

 

NANOTECHNOLOGIE

Vývoj nanovlákenných struktur z biologicky kompatibilních materiálů

Cílem práce je příprava nanovlákenných vrstev z biologicky kompatibilních materiálů nebo jejich směsí určených pro aplikace v kosmetice a lékařství. Při studiu se student seznámí s vlastnostmi jednoho nebo dvou vhodných polymerních materiálů a jejich zpracováním do nanovlákenných struktur. Mezi experimentální výsledky patří vyhodnocení morfologických, makroskopických a dalších vlastností vázaných na cílenou aplikaci. Během práce se student podrobně seznámí s dílčími kroky vedoucími od návrhu výchozích materiálů, využití moderních nanotechnologií až po popis materiálových vlastností podporující nové aplikace.

 

Vývoj technologických prvků pro přípravu a zpracování nanovlákenných vrstev

Cílem práce je návrh a ověření funkčnosti nových technologických prvků využitelných při laboratorní přípravě, poloprovozní výrobě nebo při zpracování nanovlákenných vrstev. Při studiu se student seznámí s celou řadou metod a technologických kroků vedoucích od vstupních surovin k produktu. Přitom bude práce soustředěna do úzce specifikované technické oblasti, která bude detailně studována a nově řešena nebo zdokonalena. Během práce student získá nové poznatky v oborech nanotechnologií, elektrostatiky, mechatroniky, automatizace, fyziky apod. (podle konkrétního zadání).  

 

Vývoj a standardizace metod pro charakterizaci nanovlákenných materiálů

Přesný a prokazatelný popis vlastností nově připravených materiálů je klíčovým ukazatelem pro jejich další využití. Cílem práce je návrh, principiální ověření nebo zdokonalení konvenčních metod pro charakterizaci nanomateriálů s vlákennou strukturou. Při studiu se student seznámí s principy měřících a analytických metod pro popis vlastností nanomateriálů, prohloubí své znalosti při zpracování a vyhodnocení experimentálních dat, případně i validací postupů a metod.