|
Léčiva a biomateriály (FCHT)
Doktorský program,
Fakulta chemické technologie
Studijní program Léčiva a biomateriály směřuje zejména do oblastí medicinální chemie; analýza léčiv a studium struktury pevných farmaceutických substancí; výzkum a studium vlastností anorganických a polymerních materiálů pro biomedicínské aplikace; farmaceutické procesní inženýrství; aplikovaná informatika pro farmaceutický průmysl. Studijní program vznikl za podpory projektu Národní plán obnovy pro oblast vysokého školství na období 2022-2024, financovaného ze zdrojů EU. UplatněníAbsolventi se uplatňují především v základním i aplikovaném výzkumu léčiv a lékových forem, farmaceutických technologií a biomateriálů na univerzitních pracovištích, v ústavech AVČR, ve výzkumných a technologických centrech v České republice i v zahraničí. Dále nacházejí práci i ve výzkumných pracovištích a vývojových, analytických či kontrolních laboratořích příslušných průmyslových podniků či státní správy, případně zastávají vyšší řídící funkce související s výzkumem a vývojem. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2026/27Aktivně cílené samouspořádané systémy
AnotacePředkládána dizertační práce se zabývá syntézou, charakterizací a in vitro testování samo uspořádaných molekul tvořící nanočástice (micely/lipozomy) s hydrofobním jádrem a hydrofilní části molekuly. Hydrofilní část molekuly bude funkcionalizována funkčními skupinami ovlivňující povrchový náboj nanočástice a funkčními skupinami aktivně cílících např. do nádorů. Jádro nanočástice bude obsahovat terapeutická léčiva které budou dopraveny přímo do nitrobuněčných kompartmentech. V práci se budou takto připravené nízkomolekulární látky s různými funkcionalitami na hydrofilní časti řetězců kombinovat za účelem dosažení nejlepšího terapeutického efektu. Náplní dizertační práce bude organická syntéza, fyzikálně-chemická charakterizace. Práce zahrnuje použití zvířecích/lidských buněčných linií při provádění základních in vitro technik s čím bude student obeznámen. Cílená radioterapie pro léćbu hypoxických nádorů
AnotaceLéčba hypoxických nádorů je komplikovaná kvůli vyšší radio /chemorezistenci vedoucí k následně nižšímu klinickému výsledku léčby. Navrhovaný projekt se zabývá novým konceptem samouspořádaných polymerních radiosenzibilizátorů k překonání problému nízké citlivosti hypoxických nádorů na radioterapii. Navrhovaný přístup je založen na ovlivnení radiosenzitivity hypoxické nádorové tkáně dopravou prekurzorů reaktivních forem kyslíku (ROS) cílenou na hypoxii, jakož i na selektivním rozkladu peroxidu vodíku v hypoxické tkáni ovlivňujícím systém HIF-1 alfa. Navrhovaný koncept využívá biokompatibilní nosiče na bázi hydrofilních biokompatibilních polymerů s nitroaromáty cílícími na hypoxickou tkáň. Náplní dizertační práce je chemická syntéza, fyzikálně-chemická charakterizace a studium samouspořádání u multiresponzivních nanočástic citlivých na více podnětů současně konkrétní zaměření bude brát v úvahu zájmy studenta. Studované systémy budou určeny pro diagnostiku a cílenou terapii nádorových onemocnění. Optimalizované nanočástice budou poté poskytnuty spolupracujícím biologickým pracovištím k testování pro reálné aplikace. Formulace na bázi ceramidů pro protinádorovou terapii
AnotaceCeramidy představují bioaktivní lipidy s prokázanými protinádorovými účinky, jejichž terapeutické využití je však limitováno nepříznivými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Cílem práce bude navrhnout vhodné formulační strategie umožňující zlepšení stability, biodostupnosti a cílení ceramidů do nádorové tkáně. Systémy a jejich účinky na biologickou membránu budou charakterizovány z biofyzikálního hlediska. Součástí studie bude rovněž hodnocení biologické aktivity připravených systémů in vitro a jejich potenciálu pro další farmaceutický vývoj. Heterogenita povrchové energie partikulárních látek
AnotaceVolná povrchová energie je jedním z důležitých parametrů v průmyslové aplikaci a procesech práškových a vláknitých materiálů. Rozdíly v povrchové energii mají vliv na mezifázové interakce, jako je například smáčení, koheze či adheze. Jelikož široká škála použití práškových látek je řízena povrchovými reakcemi či interakcemi, charakterizace povrchové energie může být důležitou informací pro zlepšení povrchových vlastností (např. povrchovou modifikací). Obecné teorie lze aplikovat pouze na hladkých, molekulárně plochých površích nebo částicích pevných látek. Většina rozhraní u partikulárních látek však nemá ideálně hladký povrch anebo ideálně homogenizovaný povrch, proto se bude práce věnovat určení heterogenity povrchových vlastností; heterogenity povrchové energie a jejím vztahem k dalším vlastnostem těchto látek. Chiralni nanomaterialy pro medicinské aplikace
AnotaceChiralita je základní vlastností přírody. V oblasti medicíny je klíčovým rysem chirality různá biochemická aktivita opačných organických enantiomerů. V poslední době chiralita se promital i do světa nanomateriálů– byly syntetizovány první nanomateriály, které v sobě zahrnují chiralitu v rámci jednotlivých jednotek/nanočástic (podobně jako organické enantiomery). Biologická a biochemická aktivita těchto materiálů se teprve začíná zkoumat. V tomto světle je klíčová otázka, zda se situace s různou aktivitou a vlastnostmi jednotlivých organických molekul bude se opakovat v případě jejich větších analogů – chirálních nanomateriálů. Cílem této práce je najít odpověď na tuto velmi zajímavou otázku. Během realizaci práce bude připravena řada chirálních nanomateriálů a bude studována jejich aktivita a potenciál pro interakci s buňkami a bakteriemi. Chytré antimikrobiální materiály
AnotaceV současnosti kolem 80 % bakteriálních onemocnění pochází od biofilmů. Biofilm představuje bakteriální kolonii, která je ukotvená na povrchu a natočena specifickou “zdí”, díky čemuž je schopna se bránit běžné antimikrobiální léčbě. Další nebezpečné jevy probíhající v biofilmu souvisí s bakteriálním quorum-efektem a velkým rizikem vývoje rezistence vůči antibiotikům. Proto prevence tvorby a ničení biofilmů představuje jednu z klíčových otázek v oblasti materiálů pro medicínu. Tradiční způsoby jako je inkorporace antimikrobiálních látek nejenže často selhávají, ale mohou vést i k řadě nežádoucích efektů, jako je nárůst výše zmíněné resistivity vůči antibiotikům nebo dalším antimikrobiálním látkám. V této práci bude realizován nový způsob obrany medicinských povrchů proti biofilmům – použití povlaků na bázi smart materiálů. Díky svému složení tyto povrchy zaručí dvojitou obranu – prevence před bakteriální kolonizaci a současně jsou schopny uvolňovat antimikrobiální sloučeniny. Chytré materiály pro tkáňové inzenyrstvi
AnotaceAdheze a růst lidských buněk na povrchu materiálů pro medicínské aplikace (kožní a kostní implantáty, implanty chlopní a náhrady cév) je složitý proces, který probíhá v několika postupných fázích. Z hlediska realizace jednotlivých stupňů musí mít materiál často různé a někdy i zcela odlišné vlastnosti (např. lokální mechanické nebo chemické „pnuti“ je vhodné pro adhezi buněk a absence takového pnutí je významná pro jejich proliferaci). Takové „opačné“ vlastnosti je obtížné dosáhnout v rámci jednotlivých materiálů. Lze je úspěšně implementovat v případě chytrých, přepínatelných materiálů. Hlavní myšlenkou tohoto projektu je vytvoření chytrých materiálů pro medicinské aplikace. Takové materiály mohou postupně měnit své vlastnosti v průběhu času, např. mají lokální stresová centra pro buněčnou adhezi a imobilizaci a poté mění svou strukturu, aby podporovaly buněčnou proliferaci. Realizace této práce umožní zavést nové principy a přístupy v oblasti materiálů pro medicinské použiti a regenerativní medicínu a také výrazně zlepšit úroveň zdravotnické péče. Látky ovlivňující aktivitu NMNAT2 v léčbě neurodegenerativních chorob
AnotaceNMNAT2, nikotinamiddinukleotid adenylyl transferáza 2 je neurospecifický enzym zajišťující syntézu nikotinamid dinukleotidu (NAD) de novo i jeho obnovu po degradaci v buněčných procesech. NAD je klíčovým kofaktorem, který je mimo jiné zásadní pro zdraví neuronů. Bylo prokázáno, že oslabená funkce nebo nízké hladiny NMNAT2 a potažmo NAD vedou k nevratné neurodegeneraci. Tento projekt se zaměřuje na syntézu látek aktivujících NMNAT2. Jejich struktura odvozena od přírodní látky EGCG, jejíž základní skelet bude synteticky modifikován pro získání látek s lepšími stabilitními a drug-like parametry. Methakrylamidové a akrylamidové kopolymery citlivé na vnější podněty: pokročilé systémy pro dopravu léčiv a diagnostik
AnotacePolymerní micely a nanočástice jsou studovány v oblasti dopravy a cíleného uvolňování léčiv, zejména v protinádorové terapii. Díky svojí velikosti (20-1000 nm) se akumulují v nádorech vlivem efektu zvýšené prostupnosti a akumulace (EPR), chrání inkorporovaná léčiva během transportu a pomáhají solubilizovat špatně rozpustná léčiva. Případné termoresponzivní chování použitých polymerů umožňuje vyhnout se komplikovaným technikám obvyklým pro přípravu micel a dalších systémů na bázi nanočástic. Přítomnost vhodných hydrolyticky labilních skupin ve struktuře polymerů lze využít k zajištění postupného rozpadu nanočástic a zajištění vyloučení polymeru z organismu. Se záměrem připravit nanočástice s termoresponzivními a pH-senzitivními vlastnostmi budou pomocí řízené radikálové RAFT polymerace připraveny amfifilní diblokové kopolymery složené z plně hydrofilního bloku, např. poly[N?(1,3?dihydroxypropyl)(meth)akrylamidu] a amfifilního bloku, např. poly[N-(2,2-dimethyl-1,3-dioxan-5-yl) (meth)akrylamidu]. Asociativní chování kopolymerů ve vodných roztocích, vznik a rozpad nanočástic nebo micel bude studován různými fyzikálně-chemickými metodami, např. pomocí rozměrově vylučovací chromatografie, dynamického rozptylu světla, NMR a transmisní elektronové mikroskopie. Navrhované systémy nabízejí možnost dopravy zejména protinádorových léčiv. Modulární syntéza dendritických nosičů léčiv pro využití v regenerativní medicíně
AnotaceTématem projektu bude aplikace principů modulární syntézy při přípravě nových dendritických materiálů s vlastnostmi vhodnými pro medicínské uplatnění, a to především v oblasti regenerativní medicíny. V první fázi bude připravena knihovna karbosilanových stavebních bloků (dendronů) s využitím křemíku jako větvícího prvku a s vhodnou periferní funkcionalizací (sacharidové ligandy, kationtové skupiny, PEGylové řetězce apod.). Dále budou tyto komponenty sloužit ke konstrukci multifunkčních makromolekulárních systémů s přesně definovanou dendritickou strukturou. Součástí práce bude využití připravených produktů pro enkapsulaci nízkomolekulárních léčiv, komplexaci terapeuticky aktivních proteinů a růstových faktorů a fyzikálně-chemická charakterizace těchto systémů. Důraz bude kladen na vhodné farmakokinetické a cytotoxické vlastnosti. Práce bude součástí výzkumu podpořeného v rámci projektu OP JAK. V aplikačním uplatnění připravených materiálů bude student úzce spolupracovat s externími pracovišti v rámci projektu. Požadavky na uchazeče: •VŠ vzdělání (Ing., Mgr.) v organické chemii, organické technologii; •ochota experimentovat a učit se nové věci; •schopnost týmové práce. Molekulárně otištěné polymery jako stacionární fáze pro separaci biologicky aktivních látek přírodního původu
AnotaceEsenciální oleje a extrakty z rostlin známých pro své léčivé účinky obsahují široké spektrum různých látek, ne všechny však mají biologickou aktivitu. Pro izolaci jednotlivých biologicky aktivních látek z rostlinných extraktů či esenciálních olejů lze použít několik postupů. Jedním z nich je extrakce na pevné fázi, při které lze volbou optimální kombinace stacionární a mobilní fáze docílit velmi účinné selektivní separace. Molekulárně otištěné polymery (MIP) by mohly být vhodnou alternativou konvenčně používaných stacionárních fází. Výhodou MIP je i jejich stabilita, a to jak fyzikální, tak chemická. Proces přípravy MIP, při kterém jsou v polymeru utvářeny kavity komplementární k žádané separované molekule je zodpovědný za jejich vysokou selektivitu. Vždy je nezbytné optimalizovat jak přípravu samotného polymeru (metoda, použité monomery, síťovací činidla, poměr reaktantů, teplota, čas), tak proces extrakce templátové molekuly z polymeru a v neposlední řadě také postup extrakce na pevné fázi (kondicionace stacionární fáze, eluční medium). Pro disertační práci budou vybrány terpenické molekuly, budou připraveny vhodné MIP a bude testována možnost separace zvolených molekul z vybraných extraktů rostlin. Nanonosiče citlivé na reaktivní formy kyslíku: Inovativní inteligentní nanoléčiva
AnotacePro využití nanoléčiv v biomedicínských aplikacích je značnou výhodou pokud jsou přizpůsobeny tak, aby byla odbouratelná v reakci na určité vnější podněty. Takovým podnětem může být enzymatické odstranění chránících skupin, změna pH, světlo nebo nově přítomnost reaktivních forem kyslíku (ROS) v nádorovém mikroprostředí. V této dizertaci bude využita nerovnováha buněčného mikroprostředí (změna pH, produkce ROS) v patologicky změněné tkáni pro řízenou degradaci a aktivaci polymerních nanonosičů na bázi blokových kopolymerů. S využitím jednoduchosti a efektivity samouspořádání amfifilních blokových kopolymerů v roztoku bude vyvinuto několik polymerních nanonosičů léčiv (PNM), tj. polymerních micel, polymerních nanočástic a polymerosomů, které budou vykazovat odpověď vyvolanou odbouráváním za přítomnosti fyziologicky významných změn pH nebo koncentrace ROS. Nanonosiče budou připraveny mikrofluidní nanoprecipitací. Tato technika umožňuje produkci částic s kontrolovatelnou velikostí a úzkou distribucí velikostí, způsobem škálovatelným a reprodukovatelným s definovaným tvarem a povrchovou chemií. PMN budou charakterizovány pomocí standardních technik rozptylu (DSL / SLS / ELS, SAXS a SANS) a mikroskopickými technikami (SEM, TEM a Cryo-TEM). Účinnost PMN bude hodnocena v biologických modelech in vitro a in vivo. Návrh a syntéza nových antivirotik využívajících PROTAC technologii
AnotaceProteolysis-targeting chimeras (PROTACs) jsou malé molekuly navržené tak, aby namísto inhibice eliminovaly konkrétní proteiny aktivací buněčné degradační mašinérie. Tato strategie umožňuje selektivní odstranění proteinů relevantních v dané chorobě a otevírá nové možnosti vývoje léčiv napříč různými oblastmi medicinální chemie. Ačkoli se PROTAC technologie využívá hlavně k vývoji protinádorových léčiv, má ve vývoji antivirotik obrovský potenciál. V tomto projektu se zaměříme na vývoj a přípravu nových antivirotik využívajících PROTAC technologii degradující zásadní virové proteiny s cílem generovat účinná širokospektrá antivirotika. Nové přístupy k léčbě difusního intrinsického pontinního gliomu
AnotaceDifusní intrinsický pontinní gliom je typ pediatrického nádoru, který je v současné době smrtelný. Gliom se objevuje u dětí kolem šestého roku věku a prognóza je maximálně půl roku života od diagnózy. Současná léčba zahrnuje pouze úlevu od symptomů pomocí ozařování. Díky rozvoji bezpečné biopsie pontinních nádorových buněk se podařilo najít možné terapeutické cíle. Tento projekt je zaměřený na hledání malých molekul inhibujících enzymy klíčové pro růst nádoru, jako jsou například methyltransferázy. S identifikací dalších terapeutických cílů bude projekt rozšířen o možné modifikátory aktivity nádorových proteinů. Pokročilé enzymaticky degradovatelné polymerní materiály pro 4D biotisk
AnotaceSoučasná buněčná biologie otevřela nový směr ve výzkumu a vývoji, zaměřeném na ex vivo tvorbu 3D struktur, které velmi blízce napodobují tkáně a orgány živého organismu. I přes schopnost buněk sebeorganizovat se, přispění nebuněčného 3D nosiče je stále považováno za důležité pro zajištění správné morfologie. Slibným přístupem, jak zajistit správnou pozici buněk pro jejich další vývoj je 3D biotisk. Pokročilým konceptem je pak tzv. 4D biotisk, definovaný schopností biomateriálu odpovídat na různé signály i po jeho vytisknutí. Hlavní limitací těchto přístupů je suboptimální chemické složení biomateriálů, které nedává dostatečnou flexibilitu v mechanických vlastnostech, vnitřní geometrii, schopnosti vázat a uvolňovat biomimetické ligandy atd. Disertační práce bude zaměřena na přípravu a charakterizaci plně syntetických (xeno-free) vysoce flexibilních polymerních biomateriálů na bázi syntetických polyaminokyselin. Pro 3D tisk hydrogelu, bude vytvořen síťovací protokol, který zajistí rychlé utvoření hydrogelové sítě schopné mechanicky ochránit buňky v průběhu tisku a podpoří jejich retenci a životaschopnost během regenerace tkáně. Hydrogely budou modifikovány peptidovými ligandy s cílem podpořit specifické interakce s buňkami. Student by měl mít zkušenosti v oboru makromolekulární nebo organické chemie a měl by být ochoten rozvíjet své znalosti i v biochemických a biologických disciplínách. Při studiu fyzikálně-chemických vlastností připravených polymerů a hydrogelů si student osvojí řadu technik a metod s využitím moderních přístrojů. Polymerní koloidy jako speciální nosiče pro transport biologicky aktivních látek nosní dutinou
AnotaceProjekt je zaměřen na vývoj, syntézu a charakterizaci nových polymerních částic v koloidní formě pro terapeutické a diagnostické účely prostřednictvím podání do nosu. Částice budou připravovány technikami heterogenních polymerací (disperzní, popřípadě srážecí) a hlavní polymerační reakce bude založena na mechanismu aromatické substituce. Jako monomery budou využity bioanalogické látky odvozené od aromatických struktur rostlinného i živočišného původu. Bude studován vliv reakčních podmínek na morfologii a složení polymerních částic a další fyzikálně chemické parametry určující chování polymerních částic v biologických prostředích. Následně budou částice derivatizovány za účelem jejich detekce pomocí zobrazovacích preklinických metod tak, aby bylo možné sledovat jejich biodistribuci distribuci a farmakokinetiky po intranasálním podání. Biologické testování částic bude prováděno na spolupracujících pracovištích UEM AV ČR a 1. LF UK. Cílem této spolupráce je popsat, jak složení a morfologie částic z nových typů polymerů ovlivňuje mechanismus jednotlivých typů intranasálního přenosu dále do organismu. Řešitelským pracovištěm budou laboratoře ÚMCH v biotechnologickém centru BIOCEV. Polymerní kompozity s EGaIn a studium jejich cytokompatibility
AnotaceTato práce bude zaměřena na přípravu polymerních kompozitů s eutektickým galiem a indiem (EGaIn) a studium jejich stability a vlastností. Tyto materiály jsou obecně považovány za netoxické, a patřící do nové generace inteligentních biomateriálů potenciálně zajímavých pro aplikace v oblasti podávání léčiv či bioelektronice. Hlavním cílem práce bude příprava homogenních polymerních kompozitů nebo homogenní pokrytí povrchu polymeru částicemi EGaIn. Polymery s částicemi EGaIn buď ve formě jednoduché fólie, nebo s indukovaným lineárním či hexagonálním tvarem budou testovány s ohledem na jejich cytokompatibilitu. Budou také stanoveny antibakteriální vlastnosti kompozitů proti vybraným kmenům bakterií. Polymerní nosiče kationtových detergentů pro bezpečnou antibakteriální terapii
AnotaceBakteriální infekce, zejména ty biofilmového typu, představují narůstající výzvu moderní medicíny, především v důsledku rostoucí antibiotické rezistence. Kationtové amfifily patří mezi velmi účinné lokální baktericidy, avšak pro praktické použití na rány, sliznice či technické povrchy je často vhodnější aplikovat je nikoli jako koncentrovaný roztok, ale ve formě systému s postupným uvolňováním. Taková formulace umožňuje dlouhodobě udržet nižší, avšak stále baktericidní koncentraci těchto látek, která již není poškozující pro lidské tkáně. Cílem doktorské dizertační práce je příprava amfifilních polyaniontů s různou strukturou a nábojovou hustotou určených pro enkapsulaci a řízené uvolňování micel kationtových baktericidů. Práce se zaměří na objasnění vztahů mezi strukturou polyaniontu a baktericidu, efektivitou supramolekulární enkapsulace založené na Coulombických interakcích, strukturou vzniklých polyplexů, kinetikou uvolňování aktivní složky v závislosti na teplotě, iontové síle a pH a na souvisejícím baktericidním účinku. K charakterizaci těchto systémů bude využito široké spektrum fyzikálně-chemických metod, včetně rozptylových technik, fluorescenční spektroskopie, isotermální titrační kalorimetrie a biologického testování antibakteriální aktivity. Polymerní teranostické systémy pro zobrazování inzulin-produkujících buněk a léčbu diabetu
AnotaceDiabetes 2. typu je závažné metabolické onemocnění charakterizované inzulinovou rezistencí a postupným selháváním pankreatických ?-buněk, což vede k chronické hyperglykemii a následnému rozvoji závažných vaskulárních, metabolických a hormonálních komplikací. Moderní terapie využívající GLP-1 agonisty (např. liraglutid, semaglutid či dulaglutid), které aktivují GLP-1 receptory na povrchu ?-buněk, výrazně zlepšují glykemickou kontrolu. Jejich účinnost je však omezena krátkým cirkulačním poločasem, rychlou proteolytickou degradací a omezenou účinností interakce s GLP-1 receptory, což vyžaduje časté dávkování. Cílem tohoto projektu je vývoj inovativních konjugátů GLP-1 peptidových agonistů s biokompatibilními polymerními nosiči, které zajistí prodloužený terapeutický účinek, zvýšenou stabilitu a efektivnější interakci s GLP-1 receptory cílových buněk. Součástí návrhu je také integrace struktur umožňujících sledování biodistribuce konjugátů a kvantifikaci označených ?-buněk pomocí magnetické rezonance či fluorescenčních metod. Hlavní pozornost bude věnována racionálnímu návrhu, syntéze a detailní fyzikálně-chemické charakterizaci vodorozpustných polymerů na bázi fosfopolymerů a fluoropolymerů a jejich specifické konjugaci s GLP-1 agonisty. Vzniklé konjugáty budou následně ve spolupráci s tuzemskými pracovišti (IKEM, FGÚ AV ČR) testovány in vitro i in vivo s cílem monitorovat počet pankreatických ?-buněk a posoudit jejich schopnost efektivně stimulovat produkci inzulinu. Popis uvolňování účinné látky z pevných polymerních disperzí difuzně erozními modely
AnotaceCílem této práce bude studium uvolňování léčivých látek z lékových forem které zahrnují pevné polymerní disperze. Takové formulace mají zpravidla dobře definovanou strukturu a uvolňování léčivé látky lze studovat jak klasickými disolučními metodami, tak i technikou zdálivé pravé disoluce. V lékové formě tohoto typu se při disoluci vytváří několik postupujících front, které odpovídají průniku kapaliny, vyluhování léčiva a erozi zbytkové matrice. Tyto pochody lze popsat pomocí difuzně erozních modelů, které umožní určit rychlost určující kroky a stanovit jejich charakteristické rychlosti, což lze dále využít pro návrh lékových forem s řízeným uvolňováním. Porozumění mezimolekulovým interakcím biomolekul prostřednictvím cílených chemických modifikací a NMR termodynamiky
AnotaceTento doktorský projekt se zaměří na studium vlivu chemických modifikací na interakce mezi biomolekulami, zejména na vodíkové vazby. Práce propojí organickou syntézu cíleně upravených biomolekulárních stavebních bloků – například modifikovaných nukleosidů – s pokročilou NMR spektroskopií pro charakterizaci jejich interakcí. Hlavními cíli budou kvantitativní stanovení volných energií vazby a objasnění toho, jak konkrétní strukturální změny modulují sílu a selektivitu vazeb. Klíčovou metodickou součástí bude sledování tautomerních rovnováh a studium toho, jak jsou tyto rovnováhy posouvány mezimolekulovými vodíkovými vazbami, což umožní odvodit termodynamické parametry těchto interakcí. Projekt tak přispěje k hlubšímu pochopení vztahů mezi strukturou a interakcemi v biomolekulárních systémech a poskytne rámec pro racionální návrh biomolekul s upravenými vlastnostmi. Syntetická část projektu bude prováděna pod vedením prof. Andrea Brancale na VŠCHT. Povrchově zesílena Ramanova spektroskopie a neuronové sítě - detekce relevantních molekul v situacích blízkých reálným
AnotacePovrchově zesílená Ramanova spektroskopie (SERS – Surface enhanced Raman spectroscopy) je metoda s absolutním detekčním limitem, schopná identifikovat přítomnost i pouze jediné organické molekuly. Pro reálné vzorky použití SERS je však značně omezeno přítomnosti většího množství nevýznamných/vedlejších molekul. Každá molekula, přítomna v reálním vzorku, produkuje svůj vlastní signál z výsledného SERS spektra nelze ziskat žádné specifické informace týkající se pravé cílové molekuly. Jako řešení potenciální řešeni, určeno pro transfer SERS z laboratorních do reálných podmínek, jsme navrhli použití neuronových sítí (ANN – artificial neural network) schopných (po trénování) správně interpretovat spektrální informace a určit jak přítomnost, tak i koncentraci cílové molekuly. Tento přístup lze aplikovat (a již se aplikuje) k identifikaci léčiv a jejich metabolitů, markerů onemocnění, analýze DNA, detekci přítomnosti virů nebo nebezpečných bakterií a taky přítomnosti nebezpečných nebo zakázaných látek. Tato práce je zaměřena na další rozvoj a zdokonalení metod SERS a ANN. Po dohodě s vedoucím bude možné se zaměřit na přípravu a modifikaci substrátů SERS, p5ipravu spektrální databáze a trénování neuronových sítí nebo praktičtější oblast detekce relevantních biomolekul. Příprava polymerních nanoléčiv pomocí mikrofluidní nanoprecipitace - vlastnosti in vitro a in vivo za simulovaných fyziologických podmínek
AnotaceNanoléčiva mají mnohem větší potenciál pro biomedicínské aplikace, pokud jsou uzpůsobena tak, aby byla selektivně rozložitelná na základě určitých vnějších podnětů. Takovým podnětem může být enzymatické odstranění chránících skupin, změna pH, světlo nebo v poslední době stále více studovaná přítomnost reaktivních kyslíkových druhů (ROS) v rakovině. V projektu bude zkoumána nerovnováha v mikroprostředí buněk (změny pH, produkce ROS) jako podnět pro selektivní degradaci polymerních systémů. Mikrofluidní nanoprecipitací bude připraveno několik samouspořádaných polymerních nanoléčiv, tj. polymerních micel, nanočástic a vezikul, nastavitelně biodegradovatelných v přítomnosti fyziologicky významných změn v pH, teplotě nebo koncentrace ROS. Tato technika nám umožňuje reprodukovatelným a škálovatelným způsobem vyrábět jednotné částice s kontrolovatelnou velikostí, tvarem a chemií povrchu. Vyrobené polymerní nanosystémy budou charakterizovány pomocí standardních technik rozptylu (DSL / SLS / ELS, SAXS a SANS) a zobrazeny mikroskopicky (SEM, TEM a Cryo-TEM). Účinnost PNM bude hodnocena v modelech in vitro a in vivo simulujících fyziologicky vyvážené a nevyvážené mikroprostředí. Příprava sloučenin ovlivňujících dynamiku aktinového cytoskeletu
AnotaceDynamika aktinového cytoskeletu hraje klíčovou roli při pokybu buněk a její ovlivnění je klíčové pro vývoj látek s migrastatickou aktivitou. Cílem této práce je navrhnout a připravit sloučeniny, které budou ovlivňovat polymerizaci aktinu na základě přímé interakce s aktinem i regulačními proteiny, které se na polymerizaci aktinu podílejí. Bude využit racionální design látek, ale rovněž klasický přístup ke studiu vlivu struktury na aktivitu. Radioaktivní a fluorescenční značení polymerů a nanočástic pro medicínu a preklinické testování.
AnotaceTato doktorská práce se zaměřuje na vývoj a optimalizaci značení polymerů a nanočástic pro medicínu a biologické testování. Značení umožňuje sledování v organismu a poskytuje informace pro terapii a další biologické testování. Cílem této práce je vyvinout metody pro radioaktivní a fluorescenční značení polymerů a nanočástic. Samočistící antibiofilmové polymerní povrchy
AnotaceTvorba bakteriálních biofilmů je jedním z hlavních problémů současného biomedicínského výzkumu. V těle se biofilmy vytvářejí na povrchu zdravotnických prostředků, například kloubních protéz nebo srdečních chlopní, kde způsobují zánět a chronické infekce. Cílem tohoto Ph.D. projektu je vyvinout novou třídu inteligentních samočistících antibiofilmových polymerních povrchů, založených na poly(2-alkyl-2-oxazolinech), které jsou neadhezivními pro proteiny a jsou schopné aktivně katalyticky zabránit tvorbě biofilmu ve velmi dlouhodobém horizontu. Práce na projektu zahrnuje syntézu polymerů, přípravu povrchů a studium jejich fyzikálně-chemických vlastností. Kromě toho budou vybrané povrchy testovány in vitro a in vivo ve spolupráci s biology. Sledování a predikce dezintegračního chování tablet s využitím texturní analýzy
AnotaceKinetika dezintegrace tablet je určujícím krokem pro jejich celkové disoluční chování, protože určuje velikost a specifický povrch fragmentů vznikajících při jejich rozpadu. Tato kinetika závisí na rychlosti pronikání disolučního média do mikrostruktury tablety, a to jak do pórů, tak do bobtnavých složek tablety a dále na schopnosti pochodů vnitřního rozpouštění a bobtnání narušit její soudržnost. Cílem této práce je studovat kinetiku absorpce vody do tablety do tablety v závislosti na jejím složení a mikrostruktuře prostřednictvím texturní analýzy a mikroskopických měření, studovat odolnost tablety vůči erozním vlivům v závislosti na množství absorbované kapaliny a velikost fragmentů, vytvářených v důsledku těchto pochodů. Získané poznatky by pak měly být využity ke tvorbě plně nebo částečně prediktivního modelu, schopného předpovídat desintegrační chování na základě mikrostruktury tablety a fyzikálních vlastností jejích složek. Studium tvorby kožní bariéry a možností její obnovy na molekulární úrovni
AnotaceMolekulární mechanismy tvorby mezibuněčné lipidové matrix, která je klíčová pro kvalitní bariérové funkce kůže, nejsou stále dostatečně popsány. Tato práce bude cílit na odhalení těchto pochodů pomocí biofyzikálních technik na modelových membránách (SAXS, FTIR, Ramanova spektroskopie, AFM a další), v této souvislosti bude studována též permeabilita membrán. Na základě těchto poznatků budou definovány podmínky designu topických lipidových formulací schopných obnovy narušené (nemocné) kožní lipidové bariéry. Supramolekulární polymerní systémy citlivé na vnější podněty pro biomedicínské aplikace
AnotaceSamouspořádání (makro)molekul je základem architektury živých organismů. Supramolekulární systémy mají klíčové vlastnosti závislé právě na samouspořádání a nalézají uplatnění především v oblasti biomedicínských aplikací, zejména pokud jsou schopné reverzibilně reagovat na vnější podněty (změny pH, světla, redoxpotenciálu, ultrazvuku, teploty, nebo přítomnosti některých látek). Náplní dizertační práce je chemická syntéza, fyzikálně-chemická příprava a studium samouspořádání u multiresponzivních nanočástic a injikovatelných depotních systémů citlivých na více podnětů současně (změny pH, redoxpotenciálu a teploty); konkrétní zaměření bude brát v úvahu zájmy studenta. Studované nanočástice budou určeny pro diagnostiku a cílenou personalizovanou imunoradioterapii a imunochemoterapii nádorových a autoimunitních onemocnění. Optimalizované nanočástice budou poté poskytnuty spolupracujícím biologickým pracovištím k testování pro reálné aplikace. Syntetické polymery jako alternativa proteinů pro biochemické aplikace
AnotaceSpolečnost stále více hledá cesty, jak omezit používání produktů živočišného původu – včetně proteinů využívaných v lékařské diagnostice. To otevírá velký prostor pro moderní syntetické makromolekuly, které mohou v řadě případů biologické proteiny nahradit nebo doplnit. V rámci dizertační práce se budete podílet na vývoji těchto „umělých proteinů“ na bázi syntetických hydrofilních polymerů. Rádi přivítáme motivované studenty, které láká spojení moderní polymerní chemie s biochemií a vývojem udržitelných alternativ k přírodním proteinům. Díky špičkovým metodám řízené polymerace, jako jsou Photo-RAFT a CuRDRP, budete navrhovat a syntetizovat sekvenčně definované polymery na bázi methakrylamidů a (meth)akrylátů. Náplní práce bude syntéza sekvenčně definovaných polymerů s řízenou architekturou řetězce a optimalizace polymerizačních postupů. Detailní charakterizace syntetizovaných materiálů pomocí moderních instrumentálních technik (SEC, FFFF, LC MS, NMR aj.). Dále také organická syntéza nových monomerů a jejich funkčních derivátů. Vámi syntetizované materiály budou testovány v reálných biochemických aplikacích ve spolupráci s domácími i zahraničními partnery, a to včetně průmyslových partnerů. Hledáme nadšeného uchazeče s vášní pro makromolekulární a/nebo organickou chemii, a s chutí učit se novým věcem napříč obory, zejména v biochemii a biologii. Nabízíme zajímavou a pestrou práci v mladém, dynamickém kolektivu na špičkově vybaveném akademickém pracovišti a možnost zahraniční stáže na partnerských pracovištích. Syntéza a aplikace kvantových teček na zakládě potaženého oxidu křemičitého v bioinženýrství.
AnotaceKvantové tečky (QD) jsou polovodičové nanočástice s vynikajícími optoelektronickými vlastnostmi. Přesněji řečeno, QD vykazují široká absorpční spektra, úzké světelné pásy a vynikající fotovoltaickou stabilitu, díky čemuž jsou užitečné v biovědě a medicíně, zejména pro snímání, optické zobrazování, separaci buněk a diagnostiku. Obecně se QD během syntézy stabilizují pomocí hydrofobního ligandu, a proto jejich hydrofobní povrchy musí projít hydrofilní modifikací, pokud mají být QD použity v bioaplikacích. Oxid křemičitý je jednou z nejúčinnějších metod pro překonání nevýhod QDs díky fyzikálně-chemické stabilitě, netoxicitě a vynikající biologické dostupnosti oxidu křemičitého. Mikro a nanočástice SiO2 budou pokryty polydopaminem nebo směsí kyseliny citronové a močoviny nebo melaminem. Pokrytá vrstva bude karbonizována v přítomnosti vodivého kovu iontově spojeného s pokrytou vrstvou. Celý SiO2 může být rozpuštěn. Zbytkové duté nabité částice budou zkoumány elektrochemickými, fluorescenčními metodami a dalšími technikami potřebnými pro charakterizaci kvantových teček. Syntéza a aplikace polymerních lapačů interagujících s kationtovými amfifilními peptidy kompenzací náboje.
AnotaceBiokompatibilní polymerní ionty byly intenzivně studovány jako slibné materiály v terapeutické a diagnostické oblasti nanomedicíny. Nedávno bylo prokázáno, že polyaniony s vysokou hustotou náboje jsou schopny potlačit biologické účinky kationtového amfifilního peptidu (CAMP) melittinu z včelího jedu jeho vazbou na komplex polyplex. V budoucnu bioinspirované nanostruktury naložené toxickým lékem uvnitř uvolňují lék na potřebném místě. Jako lék bude včelí jed melittin. Potřebným místem bude nádor.Katelicidin je prvek vrozené imunity, který hraje důležitou roli ve vývoji patogenního procesu u psoriázy. Očekává se, že jak katelicidin, tak defensiny se budou chovat podobně jako mellitin z hlediska interakce s polyaniony, jako je kyselina polyakrylová. Vychytávání těchto peptidů lokálně podávanými polyaniony by tedy mělo přerušit cyklus cytokinových bouří, což by vedlo k indukci psoriázy, a tím její potlačení. Řada nanogelových kyselin bude připravena technikou mikroemulzní polymerace. Bude provedeno In vitro testování (hemolýza na myších erytrocytech) získaných materiálů. Bude provedeno chemické, fyzikální a biomedicínské vyšetřování. Syntéza a charakterizace vysoce citlivých bimodálních senzorů rozpuštěného kyslíku pro EPR/FLIM oxymetrii
AnotaceProjekt je zaměřen na přípravu a studium ve vodě rozpustných uhlíkatých radikálů s fluorescenčními skupinami pro přímou neinvazivní opakovatelnou kvantifikaci rozpuštěného molekulárního kyslíku, které umožní měření i v buňkách a cévách. Kvantifikace hladin kyslíku in vitro a in vivo je důležitá nejen pro pochopení fyziologických procesů, ale také pro hodnocení a terapii patologických stavů, např. nádorů, onemocnění periferních cév, zánětů a ran. Je extrémně náročné získat přesné hodnoty oxygenace v buňkách nebo tkáních v mikroskopickém měřítku. V tomto projektu kombinujeme dvě nejvhodnější techniky pro tento účel vytvořením jediného bimodálního molekulárního detektoru. Metoda detekce kyslíku je založena na rozšíření EPR čáry způsobené paramagnetickými molekulami O2 padajícími v blízkosti radikálu a druhá je založena na zhášení fluorescence nebo zkrácení životnosti fluorescence v důsledku interakcí s kyslíkem. K detekci budou použity dva typy zařízení - elektronový paramagnetický rezonanční spektrometr a konfokální mikroskopie vybavená doplňkem fluorescenčního zobrazování (FLIM). Molekuly budou také testovány na 3D buněčných kulturách (sféroidech). Syntéza deazaoxaflavinů jako fotodynamických antimikrobiotik
AnotaceVývoj antibiotické rezistence je rostoucí socioekonomický problém. Jednou ze strategií k jeho zmírnění je prostorově-časové omezení aktivity antibiotika tak, aby patogen vnímal menší evoluční tlak na rozvoj rezistence. V tomto projektu bude student syntetizovat deriváty deazaoxaflavinů, které vykazují silnou antimikrobiální aktivitu při ozáření světlem. Student bude ve spolupráci s dalšími skupinami určovat účinnost eradikace patogenů a zaměří se na topické aplikace u lidí a destrukce biofilmů v biotechnologiích. Teranostické polymerní sondy pro fluorescenčně řízenou chirurgii a následnou fotodynamickou terapii nádorového lůžka
AnotacePřesná resekce nádoru bez zbytečného odstranění zdravé tkáně je klíčová pro úspěšnou onkologickou chirurgii. V onkologické endoskopické chirurgii zůstává přesné definování hranic nádoru velkou výzvou. Vizuální rozlišení mezi maligní a zdravou tkání je často obtížné, takže označení okrajů nádoru by bylo velmi prospěšné pro úspěšnou chirurgickou resekci dlaždicobuněčného karcinomu hlavy a krku. Cílem práce bude navrhnout a syntetizovat biologicky odbouratelné, aktivovatelné a biokompatibilní terapeutické nanosondy na bázi polymerů vhodné pro zacílení systému na nádorovou tkáň, nejprve za účelem vizualizace nádorové tkáně pro chirurgické odstranění a za druhé pro umožnění pooperační fotodynamické terapie (PDT) nádorového lůžka, které by mělo vésr k eradikaci zbývajících nádorových buněk po operaci. V rámci práce se očekává úzká spolupráce s Nemocnicí Motol a Univerzitou v Grenoblu. Využití MLIP/AI silových polí pro kontrolu výsledků řešení krystalové struktury
AnotaceCílem práce je vytvořit metodiku pro kontrolu výsledků experimentálního řešení krystalové struktury. Kontrola bude provedená na základě srovnání s výsledky geometrické optimalizace struktur založené na využití machina-learning silových polí. Výsledný postup bude sloužit jak ke kontrole nových struktur, tak k verifikaci obsahu existujících databází struktur. Cílem budou zejména čistě organické molekuly farmaceutického charakteru. Výzkum cílených radiomodulátorů a buněčné odpovědi na radiaci
AnotaceCílem Ph.D. projektu je vyvinout novou generaci radiosenzitizérů a radioprotektív (cílené polymerní konjugáty, i malé molekuly), které najdou uplatnění v moderní onkologii i v extrémních podmínkách, při meziplanetárních expedicích. Student bude řešit komplexní mezioborovou problematiku na pomezí organické/polymerní chemie a nádorové biologie. Pro téma jsou nejvhodnejsi kandidaty se zájmem o organickou/polymerní syntézu, který se nebojí přesahu do biologie, disponují analytickým myšlením a chutí osvojit si nové, moderní techniky tkáňových kultur. Syntéza a design: Příprava nových bioaktivních látek a polymerních nosičů, optimalizace vztahu struktura–účinek (SAR) a pokročilá charakterizace (NMR, LC-MS/HPLC). Radiobiologie a 3D modely: Testování látek na relevantních modelech. Důraz bude kladen na práci s 3D nádorovými sféroidy, které simulují reálné mikroprostředí tumoru včetně hypoxie a gradientů živin. Mechanistické studie: Kvantitativní hodnocení viability, vizualizace penetrace látek a buněčné smrti pomocí konfokální mikroskopie a analýza klíčových drah (opravy DNA, senesence, mitochondriální stres). |
Aktualizováno: 16.2.2026 17:31, Autor: Jakub Staś