Absolventské práce

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.

 

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 diplomové 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.  

 

PODSKUPINA PRO CHEMICKÉ ANALÝZY

Stanovení vybraných analytů chromatografickými technikami v různých formách kyseliny hyaluronové

Diplomant vypracuje rešerši na téma chromatografického stanovení vybraného analytu (aktivní látka, nečistota, degradační produkt, ..). Z rešerše vybere nejvhodnější metodiku, kterou vyvine a zoptimalizuje tak, aby byla použitelná pro analýzu reálného vzorku. Analytickou metodu ověří základními validačními charakteristikami (specifičnost, opakovatelnost, správnost, …).

 

MODIFIKACE

Vývoj originálních metod na síťování hyaluronanu ve vodě

Síťování hyaluronanu je proces, který je hodně používán při přípravě omezeně rozpustných, biokompatibilních a biodegradovatelných materiálů aplikovatelných v tkáňovém inženýrství. Vzhledem k finální aplikaci by samotný síťovací proces měl probíhat ve vodě, v podmínkách pokud možno blízkých podmínkám fyziologickým. Jako síťovací činidla je možné použít bifunkční nebo multifunkční linkery, které budou mít dostatečnou reaktivitu na uskutečnění reakce minimálně ve dvou stupních. Při výběru potenciálních metod je nutné zvážit také toxicitu použitých sloučenin. Přístupy, které používají větší množství vysoce toxických látek, nejsou z důvodu možné aplikace in situ přijatelné. Navržené řešení by mělo být originální.

Development of amphiphilic hyaluronan towards drug delivery applications

The student will synthesize block and grafted copolymers, or novel bioconjugates for encapsulation of hydrophobic molecules. The student will develop and, optimize the synthesis of these materials made mainly of sodium hyaluronate or active peptides. The student will characterize the obtained copolymers from the physico-chemical point of view and their biological properties. The complex microstructure of these materials can be extended for application in another biomedical field i.e. the copolymer can be used for encapsulation of nanoparticles, drugs, cells, or growth factors. The synthetic way should be suitable for industrial use.  

Development of novel ingredients based on Hyaluronan for cosmetics 

The student will synthesize grafted or block copolymers made of hydrophobic active molecules. The student will develop, optimize, and scale up these materials made of sodium hyaluronate. The student will characterize the obtained copolymers from the physico-chemical point of view and their biological properties.

 

NOSIČE 

Optimalizace struktury derivátů kyseliny hyaluronové pro nosičové aplikace

V současné době máme k dispozici řadu vyvinutých a vyvíjených derivátů hyaluronanu, které jsou schopné tvořit nosičové systémy v podobě polymerních micel. Tyto deriváty však mají řadu nedostatků, které snižují jejich efektivitu v intravenózních in vivo aplikacích. Hlavním nedostatkem je jejich nestabilita v prostředí proteinů a tedy snížené možnosti intravenózní aplikace. Vzhledem k tomu, že vlastnosti derivátu jsou výrazně ovlivněny jejich strukturou, stávající hydrofobizované deriváty je ještě potřebné dodatečně modifikovat nebo pozměnit. Metody dodatečné modifikace lze přejmout z již známých postupů z literatury (např. PEGylace), upřednostněny však budou originální (patentovatelné) způsoby syntézy. V případě experimentálně potvrzené zvýšené stability optimalizovaných derivátů, bude důraz kladen na možnost zavedení této syntézy z hlediska zamýšlené intravenózní aplikace (omezené použití toxických reakčních činidel apod.) a převedení syntézy do velkého měřítka.

Podrobná charakterizace a popis chování nosičových systémů na bázi kyseliny hyaluronové pro nosičové aplikace

V současné době máme k dispozici řadu hydrofobizovaných derivátů kyseliny hyaluronové, které agregují ve vodných prostředích a tvoří hydrofobní domény, kam lze fyzikálně vázat malé nepolární molekuly léčiv. Z prozatímní charakterizace vyplývá, že tyto nosičové systémy by měly být polymerní micely s velmi nízkou kritickou agregační koncentrací a velikostí okolo cca 100 nm. Nejsou však k dispozici informace týkající se podrobné charakterizace nosičových systémů, zejména vlivu různých parametrů jako jsou molekulová hmotnost derivátu, typ derivátu, stupeň substituce derivátu, typ léčiva, rozpouštědlo, teplota, pH a podobně na agregační chování hydrofobizovaných derivátů. Hlavní náplní této dizertační práce bude kompletní charakterizace nosičových systémů z fyzikálně chemického a analytického pohledu, včetně návrhu a vývoje metodik nutných pro dosažení daného cíle. Získaná data z charakterizace budou dále použita na kritické posouzení jednotlivých derivátů jako nosičů léčiv pro intravenózní aplikace. Součástí práce budou i návrhy na změny hydrofobizované struktury, které by mohly vést ke zvýšené efektivitě nesení léčiv do cílového místa in vivo.

 

FERMENTACE

Optimalizace biotechnologické produkce biologický aktivních látek.

Produkce rekombinantních proteinů.

Genomika a transkriptomika mikroorganismů.

 

NANOTECHNOLOGIE

Vývoj nanovlákenných struktur z biologicky kompatibilních polymerů

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.