fbpx

Disertační práce

Aktuálně vypsaná témata disertačních pracích na rok 2020. Mimo konkrétní zadání, je možné vypsat studentovi téma tzv. "na míru". Pro více informací nás kontaktujte. 

 

TENKÉ FILMY

Polymerní filmy na bázi derivátů hyaluronanu pro aplikace v medicíně

Interní konzultant: Ing. Josef Chmelař, Ph.D.

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). Cílem této disertační práce je příprava tenkých filmů na bázi derivátů hyaluronanu a systematické studium jejich aplikačně významných vlastností. Důraz bude kladen na mechanické vlastnosti, chemickou i mechanickou stabilitu, strukturní a morfologické charakteristiky na různých měřítkách a chování filmů v různých prostředích. Studovány budou i procesy degradace a uvolňování různých nízko- či vysoko-molekulárních látek. Naměřená data budou interpretována s pomocí teorie a korelována s podmínkami přípravy filmů. Získané poznatky pak budou použity nejen k optimalizaci vlastností stávajících materiálů, ale také k vývoji hyaluronových filmů s unikátními vlastnostmi, které umožní jejich použití v nových medicínských aplikacích.

 

PEPTIDY

Syntéza, charakterizace a studium vlastností polypeptidů odvozených ze struktury elastinu

Interní konzultant: Ing. Sergej Karel, Ph.D.

Elastin-like polypeptidy jsou uměle připravené peptidy odvozené od tropoelastinu. Díky svým termoresponzivním vlastnostem, biokompatibilitě a biodegradabilitě jsou využívány v řadě aplikací, např. v hydrogelech, micelách nebo při transportu léčiv. Nejčastěji zmiňovanou sekvencí je (VPGXG)n, kde X je hydrofobní nepolární aminokyselina (Ala, Leu, Val, Ile) a n je nejčastěji 12. Avšak modulace vlastností změnami v sekvenci a náhradou aminokyseliny X za nabité, polární či aromatické aminokyseliny nebylo dosud podrobně popsáno. Záměnou alespoň 2 aminokyselin na variabilní pozici X v sekvenci (VPGXG)n lze tedy měnit vlastnosti příslušného peptidu.

V rámci práce bude připravena série elastin-like polypeptidů s obměňovanou sekvencí v závislosti na použité aminokyselině X, jejím umístění a bude zároveň definována optimální délka cílové sekvence tak, aby byly splněny požadavky na termoresponzivní chování a rozpustnost. Pro syntézu budou využity moderní metody syntézy peptidů na pevné fázi. Bude tedy nutné podrobně charakterizovat připravené peptidy a prokázat jeho vazebné vlastnosti dostupnými spektrálními metodami (UV, FTIR, NMR, CD a hmotová spetroskopie) a ověřit biologické vlastnosti materiálů.

Výše uvedené téma je možné řešit v rámci studia na VŠCHT či jiné VŠ dle volby studenta v rámci ČR. 

 

VÝVOJ NANOVLÁKENNÝCH STRUKTUR

Metodika sledování kinetiky uvolňování aktivních látek z nanovlákenných materiálů

Interní konzultant: Ing. Adéla Kotziánová, Ph.D.

V rámci dizertační práce budou studovány principy uvolňování aktivních látek z nanovlákenných nosičů a vyvíjeny metody určené k popisu uvolňování aktivních látek v in vitro podmínkách simulujících tělní prostředí případně následně v podmínkách in vivo. Výzkum se zaměří na moderní metody, které umožní sledování a záznam časově proměnného uvolňování aktivních látek z nanovlákenných nosičů v dynamickém (nestacionárním, proudícím) systému. Budou však odzkoušeny také dvě již běžně dostupné metody – vsádková metoda a metoda Franzovy difuzní cely.

Problematika uvolňování biologicky aktivních látek z nosičových systémů hraje velmi důležitou roli již při návrhu finální struktury daného materiálu. Převedení polymerních řetězců do podoby nanovláken nabízí mnoho možností, jak ovlivňovat výsledný kinetický profil uvolňované látky. Lze zamýšlet okamžité uvolňování dané látky prostým procesem difúze, ale i modifikovat strukturu natolik, že bude vykazovat prodloužený mechanismus uvolňování. Z literatury jsou známy dvě hlavní výše uvedené ověřené metody, pomocí kterých lze při uvolňovacím procesu alespoň částečně nasimulovat prostředí blízké in vivo podmínkám – vsádková a průtočná. Míra uvolnění příslušné aktivní látky závisí nejen na volbě příslušné metody, ale i na míře lipofility analyzované látky, na typu použitého polymeru a v případě nanovlákenného nosiče také na jeho struktuře (průměr a orientace vláken, gramáž nosiče atd.). Vsádková metoda bývá ve většině případů uvedených v literatuře provedena pouze vložením vzorku do disolučního média, výsledky pak mohou být negativně ovlivněny např. adhezí polymerní vrstvy k míchadlu, nebo ke stěnám nádoby, či nerovnoměrným napnutím vzorku, v důsledku čehož mohlo dojít k jeho pokroucení, či ohýbání. Všechny tyto možnosti zabraňují rovnoměrnému uvolňování aktivní látky a výsledky metody potom nemusí být relevantní. Navíc, zde není nijak zohledněna struktura – disoluční médium řízeně neinteraguje s nanovlákennou vrstvou a tyto parametry tak nelze hodnotit. Kde to však lze, jsou průtočná zařízení, která jsou v dostupné literatuře využívána jen velmi výjimečně. Zde hrají velmi důležitou roli nastavené podmínky procesu – průtoková rychlost, teplota, volba pH disolučního média. Další možností je také využití metody dialyzačních membrán, která kombinuje jak vsádkovou metodu, tak použití membrány, jako v průtočném zařízení, případně systém, kdy bude disoluční médium přímo proudit skrze nanovlákenný nosič a výsledek tak bude přímo závislý také na nanovlákenné struktuře (tj. porozitě, průměru vláken nebo orientaci).

Cílem dizertační práce bude zejména zavést vhodnou metodiku pro sledování kinetiky uvolňování biologicky aktivních látek z nanovlákenných nosičů, a popis souvislostí mezi charakterem nosiče/aktivní látky (tj. strukturou nanovlákenného materiálu a způsobem inkorporace aktivní látky) a kinetikou uvolňování. Spolehlivost a opakovatelnost všech vyvinutých postupů bude ověřena na modelových nanovlákenných materiálech (využití polymerů s jasně definovanými parametry) a také na reálných více komplexních (např. více složkové systémy, kompozity atd.) nanovlákenných materiálech, které jsou následně užívány ve vývoji produktů (např. různé typy derivátů kyseliny hyaluronové ve směsi s dalším polymerem). Jako modelové materiály budou použity polymery jak amfifilního, tak hydrofobního charakteru. Také modelové biologicky aktivní látky budou voleny hydrofilní a hydrofobní (např. kofein, koenzym Q10 atd.), budou však využity i takové, které jsou využívány ve vývoji produktů (např. octenidin dihydrochlorid, triclosan, CBD atd.).

Teoretická část disertační práce se zaměří na:

  • problematiku inkorporace API do nanovlákenných struktur
  • obecnou problematiku metod věnujících se kinetice uvolňování u konvenčních ZP
  • problematiku metod věnujících se kinetice uvolňování u nanovlákenných materiálů

Experimentální část se zaměří na:

  • Přípravu modelových nanovlákenných materiálů metodou elektrostatického vláknění.
  • Sestavení aparatur (konfigurace vhodného měřícího systému) pro konvenční metody (vsádková metoda a metoda Franzovy difuzní cely) s ohledem na povahu nanovlákenného materiálu. Ověření požadovaných podmínek pro sledování a měření uvolňování aktivních látek z modelového a následně reálného vzorku.
  • Sestavení aparatury (konfigurace vhodného měřícího systému) pro nekonvenční dynamickou metodu s ohledem na povahu nanovlákenného materiálu. Ověření požadovaných podmínek pro sledování a měření uvolňování aktivních látek z modelového a následně reálného vzorku.
  • Zavedení metody, na jejímž základě lze co nejefektivněji stanovit množství uvolněné látky z nosiče a zároveň bude poskytovat obdobné výsledky několika po sobě jdoucích opakování, pro zachování jejich reprodukovatelnosti. Bude sledováno uvolňování API z připravených materiálů, a to jak vsádkovým systémem, tak i systémem průtočným.
  • Bude navržen a odzkoušen postup pro hodnocení nanovlákenných materiálů a dat, pro analýzy bude použita UV-VIS, spektroskopie, HPLC, případně další vhodná analytická metoda. Při hodnocení dat bude brán ohled jak na strukturu nanovlákenných nosičů (průměr vláken, porozita, fyzikálně-chemické vlastnosti) a biologicky aktivních látek (způsob ukotvení, fyzikálně chemické vlastnosti), tak i na způsob inkorporace v průběhu elektrostatického vláknění.