|
Biochemistry and Bioorganic Chemistry
Doktorský program,
Fakulta potravinářské a biochemické technologie
The aim of this programme is to prepare highly qualified professionals capable of independent scientific work, who will be involved in the implementation of new visions and methods in practice or will continue their scientific work at universities and scientific institutes and thus contribute to clarifying the functional principles of living organisms. The programme Biochemistry and Bioorganic Chemistry was created by merging two fields of chemistry. In this way, it will educate specialists preferentially oriented either to biochemistry or to bioorganic chemistry. The common denominator of both fields is to identify the chemical nature of important processes in living organisms, to study the relationship between the structure and biological activity of biopolymers, as well as natural organic compounds or their synthetic analogues. UplatněníGraduates of this programme are able to apply their knowledge in various fields such as biochemistry, cell biology and molecular genetics, microbiology, organic chemistry and chemistry of natural compounds (in relation to the dissertation topic). Based on the acquired knowledge, the student is able to plan the research project independently, critically assess the risks of the proposed procedures and apply innovative research methods. Another acquired competency of the graduate is the pedagogical and managerial experience due to involvment in teaching of bachelor and master programs, primarily in the role of assistants in laboratory courses and consultations of bachelor and master theses. Theoretical, experimental, pedagogical and managerial experience predispose the graduates to creative scientific and research activities, which is increasingly sought at various institutions of the institutes of the Academy of Sciences of the Czech Republic, universities, medical facilities, pharmaceutical companies and state and private research laboratories in the Czech Republic and abroad, dealing with problems in the field of biochemistry and bioorganic chemistry. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2026/27Advanced Functional Polyelectrolyte Films for Antibacterial Applications
AnotaceAntibakteriální povrchy jsou stále důležitější pro snižování mikrobiální kontaminace a rizika infekcí ve zdravotnictví, potravinářském průmyslu a souvisejících odvětvích. S rostoucí výzvou antimikrobiální rezistence a přetrvávající kontaminace povrchů existuje silná poptávka po trvanlivých, biokompatibilních a environmentálně bezpečných antibakteriálních povlacích. Současné technologie zahrnují pasivní povrchy, které zabraňují adhezi mikroorganismů, a aktivní povrchy, které mikroby usmrcují při kontaktu, přičemž dosažení dlouhodobé, biokompatibilní a environmentálně bezpečné účinnosti stále představuje výzvu. Tento doktorský projekt je zaměřen na vývoj pokročilých polyelektrolytových antibakteriálních povrchů na bázi polykationtů pomocí metody postupného vrstvení (layer-by-layer, LbL), která umožňuje přesnou kontrolu tloušťky, složení a funkčnosti filmů. Projekt se bude zabývat studiem různých typů kladného náboje v polykationtových vrstvách a jejich vlivem na strukturu filmů, jejich stabilitu a antibakteriální účinnost. Dále bude zkoumána integrace biologicky aktivních látek, jako jsou enzymy a antimikrobiální peptidy, do LbL filmů za účelem vytvoření povlaků s dlouhodobou, synergickou antiadhezivní a aktivní antibakteriální funkcí. Aktivně 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. Bioactive coatings based on polyelectrolyte multilayer films of “charge-shifting” synthetic polycations for tunable protein release.
AnotaceUvolňování růstových faktorů (proteinů) podporujících vaskularizaci z povrchu biomateriálu je v biomedicinálních aplikacích důležitým faktorem, který podporuje integraci biomateriálů s tkání příjemce. Účinnou technikou pro přípravu ultratenkých povlaků je metoda postupné depozice polyelektrolytických vrstev („layer-by-layer“ technika, LbL), využívána zejména v technických aplikacích. Cílem projektu je vyvinout bioaktivní LbL filmy tvořeny polykationty na bázi dimethylaminoethylakrylátu (PDMAEA) s nestálým nábojem a polyaniontem heparinem, které budou uvolňovat růstové faktory VEGF a FGF-2 stimulující růst cévních buněk. Postupná změna náboje na PDMAEA polymeru umožní kontrolovanou dekompozici LbL filmu a tím kontrolované uvolňování imobilizovaných růstových faktorů. Doktorské studium bude zahrnovat: 1. Studium syntézy PDMAEA a jeho statistických kopolymerů pomocí RAFT polymerace, s cílem získat polykationty s různým zastoupením náboje a hydrolytickou stabilitou. 2. Studium dynamiky tvorby filmů a charakterizaci fyzikálně-chemických a morfologických vlastností filmů pomocí pokročilých instrumentálních technik, jako jsou rezonance povrchových plasmonů (SPR), křemenné krystalové mikrováhy (QCM-D), spektroskopická elipsometrie, AFM nebo konfokální mikroskopie. 3. Příprava reálných LbL filmů pomocí automatizovaného zařízení pro depozici vrstev a studium in vitro uvolňování proteinů v závislosti na složení a stabilitě LbL filmů. 4. Hodnocení cytokompatibility LbL filmů a bioaktivity uvolněných proteinů ve spolupráci s biologickým pracovištěm. Mezioborové téma cílené na biomedicinální aplikace je vhodné pro absolventy chemických oborů jako např. makromolekulární chemie, fyzikální chemie, biochemie atd. Biocatalytic preparation of conjugated polyphenols
AnotaceRegioselektivní konjugace biologicky aktivních polyfenolů představuje klíčový proces jejich metabolismu v rostlinách i v lidském organismu, avšak dosud zůstává nedostatečně prozkoumána. Pro detailní studium biotransformačních drah jsou nezbytné přesně definované konjugované fenolové deriváty, které slouží jako analytické standardy i jako modely pro hodnocení jejich biologické aktivity. Mnohé z těchto konjugátů nejsou komerčně dostupné a jejich chemická syntéza je komplikovaná vzhledem ke strukturální komplexnosti výchozích přírodních látek. Enzymové metody proto představují atraktivní, jednoduchý a selektivní nástroj pro jejich přípravu. V současnosti je však znám pouze omezený soubor bakteriálních či fungálních enzymů, zatímco enzymová syntéza mmnoha typů glykosidů či glukuronidů je prozkoumána minimálně. Cílem disertační práce je identifikovat, heterologně exprimovat a charakterizovat nové enzymy vhodné pro regioselektivní konjugaci polyfenolových látek. Kandidátní enzymy budou vyhledány na základě literárních údajů a bioinformatické analýzy nukleotidových sekvencí (GenBank) a následně exprimovány v mikrobiálních systémech Escherichia coli nebo Pichia pastoris. Purifikované enzymy pocházející z bakteriálních, fungálních či rostlinných zdrojů budou podrobeny studiu substrátové specificity a jejich syntetických schopností. U vybraných enzymů se slibným syntetickým potenciálem bude pomocí molekulárního modelování navržen a metodami cílené PCR mutageneze realizován racionální design variant se zvýšenou syntetickou aktivitou vůči vybraným přírodním látkám (flavonoidy, kanabinoidy, fenolové kyseliny). Takto získané enzymy budou aplikovány k přípravě definovaných glukuronidů a dalších glykosidů (např. rhamnosidů, rutinosidů, xylosidů) z přírodních polyfenolů a jejich polyhydroxylovaných metabolitů. Biochemical Regulation of Human Milk Composition in Gestational Diabetes
AnotaceTento doktorský projekt se zaměřuje na pochopení toho, jak mateřský metabolismus a gestační diabetes mellitus (GDM) ovlivňují biochemii tvorby lidského mateřského mléka. Student bude studovat fyziologické a metabolické mechanismy, které stojí v pozadí laktace, se zvláštním důrazem na syntézu, transport a sekreci lipidů v mléčné žláze. Experimentální práce bude zahrnovat komplexní analýzu vzorků mateřského mléka pomocí kapalinové a plynové chromatografie spojené s hmotnostní spektrometrií (LC MS a GC MS) za účelem charakterizace složení lipidů a metabolitů. Metabolické trasování pomocí neradioaktivní deuterované vody (?H?O) bude využito ke stanovení de novo lipogeneze a k identifikaci tkáňových zdrojů, které přispívají k tvorbě mléčných lipidů. Komparativní analýza slin se zaměří na jejich potenciál jako neinvazivního markeru mateřského metabolického stavu. Integrací biochemických dat s klinickými a fyziologickými parametry projekt odhalí, jak metabolická regulace během těhotenství formuje složení mateřského mléka a funkci laktace. Biomimetic Fibrin-Based Coatings Enriched with Glycosaminoglycans and Peptides for Enhanced Endothelialization and Hemocompatibility of Vascular Implants
AnotaceÚspěch moderních vaskulárních implantátů, zejména stentů, zásadně závisí na rychlé obnově funkčního endotelu na jejich povrchu. Nedostatečná či opožděná endotelizace vede k trombóze, zánětu a restenóze, což představuje jeden z největších klinických problémů současných intervencí. Cílem této disertační práce je vývoj nové generace bioaktivních a hemokompatibilních povlaků, které napodobují přirozené procesy hojení cévní stěny a umožňují dosáhnout simultánně nízké trombogenicity, protizánětlivého účinku a aktivní podpory růstu endotelu. Práce se zaměří na využití fibrinových vrstev vytvářených řízenou polymerací přímo na povrchu implantátů, které budou následně funkcionalizovány sulfátovanými glykosaminoglykany (např. heparin, fucoidan, kys. hyaluronová) a syntetickými peptidy podporujícími hojení. Fibrin zde funguje jako biomimetická matrice schopná vázat bioaktivní molekuly, stabilizovat je a prezentovat je buňkám v podobné formě, v jaké se vyskytují v raných fázích cévního hojení. Doktorand se zaměří na optimalizaci polymerace fibrinu, modifikaci jeho struktury a zavádění bioaktivních motivů prostřednictvím specifických chemických vazeb včetně moderních bio-ortogonálních reakcí. Součástí práce bude rozsáhlá morfologická a chemická charakterizace (AFM, SEM, konfokální mikroskopie, FTIR-ATR, SPR). Povlaky budou dále hodnoceny v rámci hemokompatibility (aktivace koagulační kaskády, destiček a komplementu), protizánětlivého působení (polarizace makrofágů, sekrece pro- a proti-zánětlivých cytokinů) a zejména endotelizačního potenciálu včetně dynamického osévání, proliferace, migrace a vyhodnocení markerů endoteliální diferenciace (CD31, CD144, vWF, eNOS). Očekávaným výstupem disertační práce je komplexně ověřený multifunkční povlak, který umožní významně urychlit obnovu endotelu na povrchu implantátů a současně minimalizovat trombotické a zánětlivé reakce. Doktorand získá hluboké znalosti na průniku makromolekulární chemie, biofunkcionalizace povrchů, hemokompatibility, buněčné biologie a pokročilé mikroskopie, což výrazně posílí jeho vědecké kompetence v oblasti biomateriálů a regenerativní medicíny. Functional analysis of enzymes involved in insect terpenoid biosynthesis
AnotaceTerpenoidy představují nejrozmanitější a početně nejbohatší skupinu přírodních látek, které jako sekundární metabolity hrají roli v komunikaci a obraně organismů. Jejich biosyntéza je s ohledem na využití v průmyslu dobře prostudovaná u rostlin a některých mikroorganismů. Mezi živočichy jsou terpenoidy nejvýrazněji zastoupeny u hmyzu, kde ale homologní terpensynthasy obecně nejsou přítomny a kde byl v několika příkladech doložen vznik terpensynthasové aktivity u duplikovaných genů pro isoprenyldifosfátsynthasy. V rámci tohoto doktorského projektu bude student*ka hledat kandidátní sekvence terpensynthas v genomických a transkriptomických datasetech z několika ekonomicky významných druhů hmyzu. Tyto enzymy bude funkčně charakterizovat s použitím různých expresních systémů a hledat u nich strukturní rysy spojené s doloženou enzymatickou aktivitou. Doktorský projekt bude součástí širšího výzkumného záměru podpořeného grantem Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy (INTER COST, 2024-2027). Glycinové alkoxyaminy pro nové metodiky biokonjugace
AnotacePrávě jsme dokončili přístupy ke glycinovým alkoxyaminům, které jsou velkým příslibem v biokonjugaci. V rámci tohoto projektu bude prozkoumán potenciál těchto nepřírodních derivátů aminokyselin pro přístup k novým peptidovým strukturám. Innovative biomaterial coatings with simultaneous antimicrobial and regenerative effects
AnotacePoškození tkání v důsledku akutních i chronických onemocnění, úrazů i vývojových vad přestavují jeden z klíčových problémů současné medicíny, který je často nutno řešit pomocí biomateriálu, ať již v podobě implantátu, krytu rány či jiné zdravotnické pomůcky. Důležitým úkolem je proto vytvořit takový materiál, který nejen odolává kolonizaci mikroorganismy a vzniku biofilmu, ale zároveň aktivně podporuje integraci do okolní tkáně a urychluje hojení. K dosažení tohoto duálního účinku hodláme využít dvě základní strategie, a sice (1) uvolňování bioaktivních látek a (2) specifická topografie materiálu. Z hlediska bioaktivních látek se v naší studii se hodláme soustředit na relativně prosté a dávno již známé ionty stříbra, ovšem v novém a dosud neprozkoumaném topografickém uspořádání. Naše předběžné výsledky ukazují, že jsou-li nanočástice stříbra ukotveny na povrchu polymerního materiálu v mikrodoménách, umožňují kolonizaci materiálu lidskými buňkami při současném antibakteriálním účinku buď srovnatelným, nebo dokonce vyšším než u povrchů se souvislým pokrytím stříbrem. Budeme optimalizovat velikost, tvar a vzdálenost těchto mikrodomén pro maximální antimikrobiální účinek spojený s co nejvyšší adhezí, životaschopností, metabolickou aktivitou, proliferací, diferenciací a fenotypickou maturací buněk kostní, kožní i slizniční tkáně, neboť hodláme uvedenou nově vyvíjenou technologii využít pro povrchovou modifikaci ortopedických a stomatologických implantátů a pomůcek i krytů ran. Dalším důležitým perspektivním materiálem jsou MXeny, zejména ve formě karbidů titanu. Naše předběžné výsledky ukazují, že těmito pokryvy lze řídit i stupeň osteointegrace a osteogenní diferenciace buněk v závislosti na jejich poměrně jednoduché povrchové funkcionalizaci, například karboxylovými skupinami či aminoskupinami. MXeny budou nanášeny na titan a jeho slitiny, používané v ortopedii a stomatologii, a to ve formě planárních vzorků i vzorků připravených 3D tiskem, a bude studován jejich osteogenní, vaskulogenní a antimikrobiální potenciál. Integration of mass spectrometry and separation techniques for comprehensive characterization of the metabolome and lipidome in experimental and clinical studies
AnotaceV uplynulém desetiletí se metabolomika a lipidomika založené na hmotnostní spektrometrii staly klíčovými platformami pro komplexní profilování polárních metabolitů, těkavých a semitěkavých sloučenin a komplexních lipidů v biologických vzorcích, včetně plazmy, séra, moči a tkání. Kombinace chromatografických separačních technik s hmotnostní spektrometrií, zejména kapalinové chromatografie s hmotnostní spektrometrií (LC-MS) a plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií (GC-MS), umožňuje komplementární pokrytí chemicky rozmanitých tříd metabolitů a lipidů a zůstává nezbytná pro vysoce spolehlivou charakterizaci metabolomu a lipidomu. Navzdory významnému metodickému pokroku jsou komplexní a systematicky uspořádané metabolomické a lipidomické datové soubory z biofluidů a tkání, které by byly snadno dostupné a opakovaně využitelné napříč studiemi, stále omezené. Tento doktorský projekt si klade za cíl vyvinout a aplikovat integrované strategie založené na LC-MS a GC-MS pro komplexní charakterizaci metabolomu a lipidomu v biologických vzorcích. Projekt se zaměří na (i) kombinaci cílených a necílených analytických přístupů, (ii) rozšíření a kurátorství hmotnostně spektrálních knihoven za účelem zlepšení anotace metabolitů a lipidů a (iii) využití bioinformatických a vizualizačních nástrojů pro robustní interpretaci metabolomických a lipidomických dat v experimentálním a klinickém kontextu. Práce bude realizována na Fyziologickém ústavu Akademie věd České republiky a bude finančně podpořena granty Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy (MŠMT), Agentury pro zdravotnický výzkum České republiky (AZV) a programem Horizont Evropa Evropské unie. Interaction between glycomimetics and Siglec receptors v terapii rakoviny
AnotaceAbnormální glykosylace je charakteristickým znakem nádorových buněk, který umožňuje nádorům uniknout imunitnímu dozoru organismu. Jedním z klíčových imunitních kontrolních bodů v tomto procesu jsou lektinové receptory Siglec na imunitních buňkách, které rozpoznávají hypersialylované povrchové glykany nádorových buněk. Perspektivní terapeutickou strategií je inhibice tohoto procesu za využití cílených multivalentních glykomimetik, které se vážou na receptory Siglec, a zabrání tak imunosupresivní reakci organismu na nádor. Tato strategie by byla využitelná např. u pacientů, kteří v současné době nereagují na existující imunoterapie. V rámci této práce budou metodami sekvenční chemoenzymové syntézy pomocí selektivních glykosyltransferas připraveny komplexní oligosacharidové ligandy receptorů Siglec, které budou následně testovány na afinitu s rekombinantními receptory, ve studiích s imunitními a nádorovými buňkami a případně i nádorovými sféroidy. Tato práce na pomezí glykobiologie, biochemie a imunoonkologie kombinuje metody chemoenzymové syntézy a charakterizace sacharidů, produkci rekombinantních proteinů jak v E. coli, tak v savčích buňkách, imunochemické metody a v případě dobrého postupu práce i biologické metody. Light upconversion paramagnetic nanoparticles for monitoring beta cell mass in pankreas and in vivo by magnetic resonance
AnotacePřesné metody měření hmotnosti a funkce beta-buněk pankreatu in vivo jsou nezbytné pro lepší pochopení patogeneze diabetu, jenž je podmíněn nedostatkem pankreatických beta-buněk, a pro vývoj nových možností léčby. Proto vyvineme paramagnetické světlo-konvertující nanočástice (UCNPs) povlečené polymery a konjugované s GLP-1 ligandy (GLP-1 peptidy, liraglutid či agonist 3), abychom zacílili a monitorovali hmotu ?-buněk magnetickým rezonančním zobrazováním (MRI) a luminiscencí. Nově vyvinuté UCNPs budou optimalizovány co do velikosti tak, aby pronikaly do krevních kapilár nativních a transplantovaných pankreatických ostrůvků a umožnily jejich dlouhodobé sledování. Ultramalé UCNPs (5 nm) budou sloužit jako kontrastní látka pro elektronovou mikroskopii k vizualizaci a počítání mtDNA nukleoidů v beta-buňkách, jejichž počet bývá u diabetu snížen. Specifičnost, bezpečnost a účinnost všech vyvinutých UCNPs bude ověřena na modelech in vitro a in vivo pomocí multimodálního zobrazování zahrnujícího luminiscenci, MRI a elektronovou mikroskopii. Viz reference doi: 10.1021/acsami.2c04274. Methacrylamide and acrylamide copolymers sensitive to external stimuli: advanced drug delivery systems and diagnostics
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. Molekulární mechanismus hepatoprotektivního a hepatotoxického působení běžných doplňků stravy
AnotaceUp to 50% of adults in Europe and the US utilize herbal-based dietary supplements, a multi-billion dollar industry that continues to grow. However, the safety of these preparations is a critical concern, as many are potentially hepatotoxic and linked to Herbal and Dietary Supplement Induced Liver Injury (HDSILI). Silymarin, an extract of Milk Thistle (Silybum marianum L.), is a leading supplement frequently used by patients with the Metabolism-Associated Steatotic Liver Disease (MASLD), a condition affecting approximately 30% of the Western population. Despite its widespread use, the efficacy of silymarin in preventing liver disease progression is controversial. Recent findings by the project partners indicate that commercial extracts often suffer from low bioavailability of active substances and significant contamination with mycotoxins and tropane alkaloids. Therefore, research defining the parameters for safe and efficient silymarin products is urgently needed. The primary objective of this Ph.D. project is to investigate Endoplasmic Reticulum (ER) stress as a molecular mechanism underlying MASLD progression. Specifically, the study will analyze how ER stress is modulated by the complex interplay between silymarin components and common contaminants. Nanočástice pro radiodynamickou terapii hypoxického karcinomu prostaty
AnotaceP-Chiral Phosphines as Asymmetric Organocatalysts
AnotaceNedávno jsme objevili nové architektury P-chirálních ligandů, které byly úspěšně použity jako ligandy v asymetrické katalýze zlata. Obecně jsou fosfiny zároveň užitečnými organokatalyzátory v řadě reakcí. V rámci tohoto projektu bude prozkoumán potenciál našich P-chirálních fosfinů v asymetrické organokatalýze, jako jsou cykloadice, Michaelovy adice, allylové substituce nebo umpolungové reakce. Polyelectrolyte polymer particles for delivery of pro-angiogenic growth factors to support vascularization of polymer scaffolds in bioapplications.
AnotaceV tkáňovém inženýrství je vaskularizace polymerních nosičů pro náhradu tkání klíčová pro jejich funkčnost v organismu příjemce. Přímá aplikace volných proangiogenních proteinů (např. VEGF nebo FGF-2) často nevede k požadovanému terapeutickému účinku. Proto jsou intenzivně studovány polymerní nosičové systémy, jako jsou nano- a mikročástice, umožňující řízené a lokalizované uvolňování růstových faktorů. Cílem doktorského projektu je vyvinout polyelektrolytové nano- a mikročástice na bázi poly(dimethylaminoethyl-akrylátu) (PDMAEA) s proměnným nábojem, určené pro řízené uvolňování růstových faktorů. Postupná ztráta náboje PDMAEA umožňuje řízenou degradaci částic, dlouhodobé uvolňování růstových faktorů a snížení toxicity, což činí tyto systémy atraktivními pro biomedicínské aplikace. Doktorské studium se zaměří i) syntézu blokových kopolymerů na bázi PDMAEA pomocí RAFT polymerace za účelem ladění hustoty náboje částic a složení jejich korony, ii) přípravu polyelektrolytových částic a charakterizaci jejich fyzikálně-chemických vlastností (DLS, měření zeta potenciálu, IR spektroskopie, ITC, TEM), iii) studium navázání proteinů a jejich uvolňování pomocí metody ELISA a iv) hodnocení biokompatibility částic a bioaktivity proteinů ve spolupráci s biology. Mezioborové téma cílené na biomedicinální aplikace je vhodné pro absolventy chemických oborů jako např. makromolekulární chemie, fyzikální chemie, biochemie atd. Polymer carriers of cationic detergents for safe antibacterial therapy
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. Polymer colloids as specialized carriers for intranasal transport of biologically active substances
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. Polymeric Theranostic Systems for Imaging Insulin-Producing Cells and the Treatment of Diabetes
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. Radioactive and fluorescent labeling of polymers and nanoparticles for medicine and preclinical testing.
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. Redox mechanisms of insulin secretion
AnotaceNejdůležitější funkce beta-buněk pankreatu, tj. sekrece inzulinu, není stále dostatečně prozkoumána, co se týče molekulárních mechanismů. V naší laboratoři jsme objevili redoxní signály H2O2 jako esenciální pro sekreci inzulinu stimulovanou glukózou (NADPH oxidáza 4 je zdrojem) a mastnými kyselinami (mitochondrie jsou zdrojem). Nejsou však známy detailně všechny metabolické dráhy doprovázející stimulanty sekrece inzulinu (sekretagogy) včetně rozvětvených aminokyselin aj. Proto vyvíjíme mitochondriální metabolomiku a proteomiku po magnetické separaci mitochondrií beta buněk s HLA antigenem exprimovaným na povrchu vnější mitochondriální membrány transgenních myší. Pomocí 13C-metabolitů prozkoumáme metabolické dráhy při sekreci inzulinu i simulacích diabetické patogeneze. Určíme zdroje superoxidu/ H2O2 a stanovíme práh a podmínky lipotoxicity. Viz reference doi: 10.1016/j.redox.2024.103283 a doi: 10.2337/db19-1130. Research on targeted radiomodulators and the cellular response to radiation
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). 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. Stable Nitrogen-Heterocyclic Radicals for the Synthesis of Calcium Ion Channel Inhibitors
AnotaceÚčinná a univerzální syntéza struktur bohatých na dusík vyžaduje neustálý vývoj, vzhledem k jejich významu pro medicínskou chemii a chemickou biologii. V tomto projektu zkoumáme syntetickou využitelnost stabilních N-heterocyklických radikálů s cílem objevit nový chemický prostor. Farmakologický profil syntetizovaných molekul bude hodnocen pomocí patch-clamp elektrofyziologie vápníkových iontových kanálů s cílem vyvinout nové molekuly s analgetickými vlastnostmi. Stimuli-responsive supramolecular polymer systems for biomedical applications
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. 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 glykomimetik pro cílené terapeutické aplikace
AnotaceSacharidy jsou klíčové biomolekuly, které hrají zásadní roli v různých biologických procesech, jako je buněčná signalizace, adheze, rozpoznávání a mezibuněčná komunikace. V kontextu biomedicíny představují sacharidy a jejich deriváty důležité cíle pro vývoj nových terapeutických látek. Glykomimetika jsou syntetická analoga sacharidů, která napodobují jejich biologické funkce, avšak na rozdíl od přírodních sacharidů jsou stabilní vůči chemické a enzymatické hydrolýze, což zvyšuje jejich terapeutický potenciál a použitelnost. Cílem tohoto doktorského projektu je navrhnout, syntetizovat a charakterizovat nové struktury glykomimetik s potenciálním využitím v cílené terapii a diagnostice. Důraz bude kladen na vývoj sloučenin s vysokou specifitou a afinitou k receptorům zapojeným do patologických procesů, jako jsou záněty, infekce a nádorové bujení. Finální glykomimetika budou podrobena biologickému testování za účelem stanovení jejich terapeutického a diagnostického potenciálu. Téma je určeno primárně pro absolventy chemických a farmaceutických oborů. Student během projektu získá hluboké znalosti v oblasti organické syntézy, technik separace a purifikace a osvojí si moderní metody strukturní analýzy (NMR, MS, HPLC). Součástí práce bude i základní biologické hodnocení syntetizovaných látek. Synthesis and characterization of highly sensitive, bimodal dissolved oxygen sensors for EPR/FLIM oximetry
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). Synthesis and investigation of azadienes for use in bioorthogonal reactions
AnotaceCílem projektu je navrhnout a syntetizovat různé heterodieny, jako jsou tetraziny a triaziové soli, a studovat jejich reaktivitu s neaktivovanými a napjetými dienofily. Bude zkoumán vliv různých substituentů na reakční kinetiku a potenciál sloučenin pro fluorogenní značení. Nejslibnější sloučeniny budou testováni na modelových biologických systémech, včetně proteinů (nebo jiných biomolekul) a buněčných kultur. Synthetic polymers as an alternative to proteins for biochemical applications
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. Targeted radiotherapy for the treatment of hypoxic tumors
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. 3D printing of poly(glycerol sebacate) for tissue engineering applications
AnotacePoly(glycerol-sebakát) (PGS) je biokompatibilní, biodegradovatelný polyester s nastavitelnými mechanickými vlastnostmi, který představuje slibnou alternativu k nedegradovatelným biomateriálům, zejména pro regeneraci měkkých tkání a další aplikace vyžadující flexibilní elastomerní nosiče. Cílem doktorského tématu je odpovědět na současné výzvy v oblasti 3D tisku PGS, které spočívají především v optimalizaci složení a viskozity tiskových „inkoustů“, ve vývoji účinných metod zesíťování – ať už na bázi světla (fotochemicky) nebo enzymaticky, a dále v biokompatibilizaci vysoce hydrofobního PGS prostřednictvím 3D tisku jeho směsných inkoustů s biopolymery, jako je například kolagen. Student si osvojí různé syntetické techniky, metody 3D tisku a postupy charakterizace materiálů pomocí moderní instrumentace (GPC, ?H a ??C NMR, UV/VIS a fluorescenční spektroskopie, 3D tiskárna Cellink BioX, elektronová a optická mikroskopie, reologická měření). Znalosti v oblasti polymerní chemie, organické chemie či biomateriálů jsou výhodou, nikoli však podmínkou – důležitá je chuť učit se novým věcem v těchto oblastech. 3D superresolution microscopy for accessing mitochondrial ultramorphology
Anotace3D nanoskopie dosud nebyla s to postihnout morfologii mitochondriálních krist a nukleoidů (proteinových komplexů s mtDNA). Vyvineme nové metodiky 3D superrezoluční mikroskopie na prototypu 3D mikroskopu firmy Vutara (dnes součást firmy Bruker) pro stochastickou mikroskopii PALM a dSTORM s rozlišením xy 25 nm a z 50 nm. Zavedeme nové typy analýz 3D obrazu reflektující nm změny v morfologii krist a 3D-redistribuci proteinů ovlivňujících mitochondriální kristy za normálních či patologických stavů (diabetes). Pro analýzu 3D obrazů vyvineme nové postupy založené na využití Ripleyho K-funkce a Delaunay algoritmu. Rozvineme také 3D imunocytochemii typu dSTORM s tzv. nanobodies a FRETem excitovaný PALM/dSTORM. Zahájíme novou generaci superrezoluční 3D mikroskopie. Analogicky prostudujeme nukleoidy mitochondriální DNA při zvýšené či snížené biogenezi (fyziologické, patologické), při jejich dělení zejména vlastní metodou mitoFISH nanoskopie pro počítání tzv. D-loops (počátků replikace mtDNA). Uměle nastavíme velikost nukleoidů či jejich obsah mtDNA. Využijeme též STED mikroskopie. Získáme tak nové protokoly pro 3D nanoskopii a zkombinujeme molekulární biologii a fyziologii buňky s nejmodernější 3D superrezoluční mikroskopií. Molekulární biologii zajistí pracovníci odd. 75 FgÚ AV ČR, v.v.i. Viz. Ref. doi: 10.1089/ars.2022.0173. |
Aktualizováno: 16.2.2026 17:31, Autor: Jakub Staś