MSc. diploma projects

Master degree thesis projects in Biophysics (Department of Biophysics and Center for Interdisciplinary Biosciences) for the academic year 2024/2025:

1. Svetelná mikro-robotika

Školiteľ: doc. Mgr. G. Bánó, PhD.

Anotácia: Laserovým lúčom poháňané mechanické mikroštruktúry, zachytené a polohované pomocou optickej pinzety, sa dajú ľahko integrovať do mikrofluidného LOC (lab-on-chip) prostredia. Prevažná väčšina mikroštruktúr poháňaných svetlom sa pripravuje dvojfotónovou polymerizáciou. Cieľom práce je preskúmať možnosti využitia elastických mikroštruktúr v oblasti bio-medicínskych aplikácií. Konkrétne sa zameriame na vývoj flexibilných mikroštruktúr na manipuláciu živých buniek.

.....................................................................................................................................................................................

2. Štúdium vplyvu usporiadania hydroxylových skupín v molekulách hydroxyderivátov antrachinónov na tepelnú stabilitu ľudského sérového albumínu

Školiteľ: RNDr. G. Fabriciová, PhD.

Anotácia: Ľudský sérový albumín (HSA) je najrozšírenejším proteínom v krvi. HSA preukázal mimoriadnu schopnosť viazať najrôznejšie ligandy. Vďaka tejto schopnosti sa využíva na transport mnohých fyziologicky významných endogénnych aj exogénnych zlúčenín. Nevyhnutnou súčasťou pri výskume HSA ako potenciálneho transportného systému na prenos liečiv je štúdium vplyvu interakcií nízkomolekulových ligandov na jeho stabilitu. Cieľom tejto práce je pomocou diferenčnej skenujúcej kalorimetrie študovať vplyv architektúry molekuly, konkrétne umiestnenie hydroxylových skupín v derivátoch antrachinónu, na stabilitu HSA.

.....................................................................................................................................................................................

3. Štúdium komplexov ľudský sérový albumín – ligand metódami optickej spektroskopie a izotermálnej titračnej kalorimetrie

Školiteľ: RNDr. G. Fabriciová, PhD.

Anotácia: Ľudský sérový albumín je najrozšírenejším proteínom v krvi. HSA preukázal mimoriadnu schopnosť viazať najrôznejšie ligandy. Vďaka tejto schopnosti sa využíva na transport mnohých fyziologicky významných endogénnych aj exogénnych zlúčenín. Nevyhnutnou súčasťou pri výskume HSA ako potenciálneho transportného systému na prenos liečiv je štúdium interakcie HSA s nízkomolekulovými ligandami Cieľom tejto práce určenie a porovnanie väzobných konštánt interakcie HSA – ligand pomocou fluorescenčnej spektroskopie a izotermálnej titračnej kalorimetrie.

.....................................................................................................................................................................................

4. Použitie Ramanovej a SERS spektroskopie a zobrazovania na štúdium živých buniek

Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, PhD.
Školiteľ špecialista: RNDr. V. Huntošová, PhD.

Anotácia: Ramanova spektroskopia (RS) je významná analytická metóda, ktorá je založená na Ramanovom rozptyle svetla na molekulách skúmaného materiálu. Výsledkom je Ramanove spektrum, ktoré predstavuje tzv. “spektroskopický fingerprint” (odtlačok prsta) študovanej vzorky. RS poskytuje tiež informáciu o prípadných chemických zmenách spôsobených počas rôznych procesov, interakcií a vplyvom prostredia. Aj preto potenciál RS pre biomedicínske aplikácie nemožno ignorovať, hoci Ramanove spektrá buniek sú zvyčajne informačne veľmi bohaté, komplexné a zároveň sú charakteristické nízkou intenzitou signálu. Napriek tomu je Ramanova mikro-spektroskopia ideálna pre štúdium živých buniek, pretože nevyžaduje žiadnu špeciálnu prípravu vzorky, je neinvazívna, rovnako nie je potrebné žiadne externé značenie buniek a je možné ju uskutočňovať vo vodnom prostredí. RS je navyše bezkontaktná, rýchla a in situ metóda. Aj preto RS rýchlo napreduje aj ako metóda zobrazovania buniek (rôzne diagnostické a farmakologické aplikácie, štúdium dynamiky buniek). Cieľom diplomovej práce je predstaviť základné princípy RS a jej využitia v praxi – ponúknuť prehľad o najnovšom pokroku jej použitia v biovedách, a následne zvládnuť a popísať metodiku zobrazovania buniek pomocou Ramanovej mikro-spektroskopie v podmienkach laboratória Ramanovej spektroskopie na KBF.

.....................................................................................................................................................................................

5. Povrchové úpravy materiálov vhodných pre 3D tlač a ich vplyv na vlastnosti kultivačných médií a kultivovaných buniek

Školiteľ: RNDr. Zuzana Naďová, PhD.
Anotácia: Biologická kompatibilita 3D tlačeného lešenia zohráva rozhodujúcu úlohu pri udržiavaní bunkových funkcií. V niektorých prípadoch vytlačený materiál nemusí podporovať rast buniek a štúdie ukázali, že stuhnuté polyméry po vytlačení môžu obsahovať toxické zvyšky, ktoré inhibujú rast buniek. Techniky úpravy povrchu sa často používajú na prispôsobenie povrchových vlastností 3D tlačeného materiálu, tak, aby spĺňali špecifické požiadavky. Pre účely práce budú ľudské gingiválne fibroblasty kultivované na PA12 lešeniach, vytlačených pomocou Multi Jet Fusion (MJF). Cieľom bakalárskej/magisterskej práce bude vyhodnotiť vplyv automatického farbenia PA12 na (i) vlastnosti kultivačného média (najmä zmeny jeho pH), (ii) produkciu kyslíkových radikálov (ROS), funkčnosť mitochondrií a (iii) vitalitu a proliferáciu buniek. Študent získa praktické skúsenosti s UV-VIS spektroskopiou, kultiváciou buniek in vitro a fluorescenčným zobrazovaním vybraných vnútrobunkových cieľov.

.....................................................................................................................................................................................

6. Štruktúrna charakterizácia molekulového šaperónu Hsp70 z vybraných termofilných baktérií

Školiteľ: RNDr. Michal Nemergut, PhD.

Anotácia: Molekulárne šaperóny proteínu teplotného šoku 70 (Hsp70) sú kľúčovými hráčmi v systémoch kontroly kvality proteínov organizmov od baktérií až po človeka. Všetky Hsp70 pozostávajú z dvoch vysoko konzervovaných domén: N-koncovej domény viažucej nukleotidy (NBD) a C-koncovej domény viažucej substrát (SBD). Zatiaľ čo NBD reguluje afinitu väzby substrátu, SBD sprostredkúva interakciu medzi Hsp70 a hydrofóbnymi úsekmi nezbalených proteínov. Táto diplomová práca bude zameraná na štúdium SBD z vybraných termofilných baktérií. Prvým cieľom tejto diplomovej práce bude štúdium štruktúrnych vlastností jednotlivých SBD proteínov prostredníctvom rôznych biofyzikálnych metód. Druhým cieľom bude vytvorenie protokolu pre kryštalizáciu vyprodukovaných SBD proteínov. Študent by mal získať skúsenosti s izoláciou rekombinantných proteínov v E. coli, ako aj skúsenosti z oblasti kryštalizácie proteínov.

.....................................................................................................................................................................................

7. Bakteriálna expresia vybraných luciferáz pochádzajúcich z bioluminiscenčných húb

Školiteľ: RNDr. Michal Nemergut, PhD.

Anotácia: Luciferázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú oxidáciu substrátu (luciferínu), čo vedie k emitovaniu svetla. Vďaka tomu sú luciferázy často využívané vo vedeckom výskume, diagnostike a v biotechnologických aplikáciách. Luciferázy z bioluminiscenčných húb si získali pozornosť vďaka svojmu uplatneniu vo vývoji autoluminiscenčných rastlín. Napriek tomu ich štruktúrne vlastnosti nie sú úplne známe z dôvodu ich slabšej stability. Cieľom tejto diplomovej práce bude nájsť optimálne podmienky pre izoláciu vybraných luciferáz a umožniť ich základnú biofyzikálnu charakterizáciu. Študent by mal získať skúsenosti s izoláciou rekombinantných proteínov v E. coli a osvojiť si základne techniky molekulárnej biológie zahŕňajúc klonovanie proteínu do expresného vektora alebo cielená mutagenéza.

.....................................................................................................................................................................................

8. Štúdium účinkov fotobiomodulácie (PBM) na formy α-synukleínu (α -SNC), prefibrilárne a agregáty a autofágiu v poškodených nervových bunkách

Školiteľ: doc. RNDr. K. Štroffeková, PhD.

Anotácia: Znečistenie životného prostredia pesticídmi je jedným z hlavných faktorov, ktoré spôsobujú zvýšený výskyt civilizačných ochorení ako sú kardiovaskulárne a neurodegeneratívne ochorenia (NDD) ako sú Alzheimerova a Parkinsonova choroba (AD a PD). V prípade AD a PD bolo pozitívne určené prepojenie s dvoma skupinami pesticídov, vrátane rotenónu (ROT). Medzi kľúčové mechanizmy patogenézy NDD patrí akumulácia nerozpustných cytoplazmatických proteínov vrátane α-synukleínu (αSNC) a narušenie rovnováhy medzi apoptózou a autofágiou. Fotobiomodulácia (PBM) v blízkej infračervenej oblasti (NiR), má pozitívne účinky v procesoch opravy buniek vrátane neurónov. Štúdia sa zameria na účinky PBM na formy bSN, prefibrilárne a agregáty a mechanizmu ich regulácie v poškodených nervových bunkách pomocou ROT, na apoptózu a autofágiu. Vo výskume bude použitý interdisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, imunocytochémiu, spektroskopie a molekulárnej biológie.

.....................................................................................................................................................................................

9. Vývoj vysokoúčinnej skríningovej metódy na testovanie trombolytickej aktivity

Školiteľ: RNDr. Mária Tomková, PhD.

Anotácia: Trombolytiká sú terapeutické látky, ktoré sa používajú na rozpúšťanie trombov v cievach pri stavoch akútneho infarktu myokardu alebo náhlej cievnej mozgovej príhody. Bakteriálna stafylokináza (SAK) je 136 aminokyselinový (15,5 kDa) jednoreťazcový extracelulárny proteín s trombolytickými vlastnosťami. Funguje ako nepriamy aktivátor plazminogénu, čo znamená, že sám o sebe nemá žiadnu enzymatickú aktivitu, ale tvorí 1:1 komplex s plazmínom, ktorý aktivuje molekuly plazminogénu a tým stimuluje lýzu krvných zrazenín. Vysoká špecificita k fibrínu bez rizika krvácavých komplikácií a nízke výrobné náklady robia zo SAK perspektívne trombolytikum. Stafylokináza bola úspešne testovaná v rámci viacerých klinických štúdií. Avšak existujú určité obmedzenia, prečo sa SAK nemôže používať v širokej klinickej praxi. Vzhľadom na bakteriálny pôvod spúšťa imunitnú odpoveď, má krátky polčas rozpadu, preto je rýchlo odbúraná z cirkulácie, čo môže viesť k tvorbe sekundárnych zrazenín a má pomerne nízku afinitu k plazmínu. V dôsledku toho sú v klinickej praxi uprednostňované iné trombolytiká a pre široké komerčné využitie je potrebné niektoré vlastnosti stafylokinázy upraviť. Riadenou evolúciou sme vyselektovali varianty stafylokinázy s potenciálne zlepšenými vlastnosťami. S veľkým množstvom vyselektovaných variant je nevyhnutné vyvinúť aj metódu na účinné a spoľahlivé testovanie ich trombolytickej aktivity. Cieľom tejto diplomovej práce je vyvinúť a optimalizovať vysokoúčinnú metódu na skríning aktivity variant stafylokinázy vyselektovaných pomocou ribozómového displeja.

.....................................................................................................................................................................................

10. Molekulové mechanizmy agregácia patologických foriem proteínov

Školiteľ: doc. RNDr. Gabriel Žoldák, DrSc.

Anotácia: Tento projekt ponúka jedinečnú príležitosť študovania patologických proteínov. Agregácia patologických foriem proteínov vedie k vážnym zdravotným komplikáciám a mnohé sú v súčasnosti klasifikované ako nevyliečiteľné. Využijete širokú škálu inovatívnych techník na štúdium týchto procesov ex vivo a získate tak hlbšie pochopenie týchto zložitých mechanizmov. Vaša práca prispeje k hlbšiemu pochopeniu mechanizmov agregácie patologických proteínov, čo by potenciálne mohlo viesť k novým terapeutickým stratégiám. Ako študent budete aktívne zapojení do návrhu experimentov, zberu a analýzy dát. Tiež preskúmate úlohu šaperónových domén ako možných neutralizačných a terapeutických molekúl. Tento projekt predstavuje významnú príležitosť prispieť do oblasti s vysokým medicínskym významom.

.....................................................................................................................................................................................

11. Vývoj celulárnych modelových platforiem na štúdium toxicity patologických proteínov

Školiteľ: doc. RNDr. Gabriel Žoldák, DrSc.

Anotácia: Táto práca má za cieľ posunúť naše chápanie špecifických ochorení spojených s produkciou patologických foriem proteínov. Výskum je kľúčový pre odhalenie mechanizmov tkanivo-špecifickej toxicity týchto patologických foriem. Využijete kombináciu techník z oblasti bunkovej biológie, bioinžinierstva a biotechnológií pri vývoji týchto platforiem, čo umožní podrobnú analýzu tkanivo-špecifických toxických účinkov variantov. Tento výskum môže významne posunúť naše pochopenie tkanivo-špecifických účinkov variantov patologických proteínov, čo otvára cesty k efektívnejším liečebným metódam. Výskumný tím bude spolupracovať s Dr. Magdalény Harakalovej z Výskumného centra pre cirkulačné zdravie v Utrechte, Holandsko. Táto spolupráca ponúka bohaté prostredie pre ďalší vedecký rast a rozvoj medzinárodnej spolupráce.

.....................................................................................................................................................................................