MSc. diploma projects
Témy magisterských prác vypísaných v študijnom programe Biofyzika v akademickom roku 2025/2026:
1. Štúdium fytoalexínových derivátov v procese amyloidnej agregácie inzulínu
Školiteľ: RNDr.Andrea Antošová,PhD. (ÚEF SAV Košice)
Konzultant: doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc. (ÚEF SAV Košice)
Cieľ: Určenie inhibičnej a deštrukčnej aktivity fytoalexínových derivátov v procese amyloidnej agregácie ľudského inzulínu in vitro. Na tento účel sa využijú fluorescenčné metódy (viazanie Nílskej červenej) ako aj mikroskopické techniky, ako je atómová kontaktná mikroskopia (AFM).
Anotácia: Inzulín a jeho homologické proteíny sú najviac používanými proteínovými liekmi v liečbe diabetických pacientov, avšak ich tendencia vytvárať amyloidné fibrily na mieste vpichu predstavuje závažný problém. Preto je analýza mechanizmu fibrilizácie a návrh účinných inhibítorov v oblasti farmaceutického výskumu mimoriadne dôležitá.
.....................................................................................................................................................................................
2. Príprava a biofyzikálna charakterizácia infračerveného fluorescenčného proteínu IFP2.0
Školiteľ: RNDr. Ľuboš Ambro, PhD. (CIB TIP UPJŠ)
Konzultant: Mgr. Andrej Hovan, PhD. (KBF ÚFV PF UPJŠ)
Cieľ: Cieľom diplomovej práce bude príprava a podrobná biofyzikálna charakterizácia biliverdín viažuceho infračerveného fluorescenčného proteínu IFP2.0. Uskutoční sa klonovanie génu pre heterológnu expresiu v bakteriálnom systéme Escherichia coli. Nasledovať bude purifikácia proteínu pomocou afinitnej chromatografie a finálne čistenie metódou gélovej filtrácie. Charakterizácia bude zahŕňať stanovenie základných biofyzikálnych parametrov, ako sú spektrálne vlastnosti (UV-Vis a fluorescenčná spektroskopia), oligomerizačný stav (analytická gélová filtrácia) a stabilita proteínu (diferenciálna skenovacia kalorimetria a CD spektroskopia). V prípade nízkej saturácie proteínu biliverdínom sa uskutoční saturácia kofaktorom in vitro. Získané dáta prispejú k lepšiemu pochopeniu vzťahu medzi štruktúrou a optickými vlastnosťami IFP2.0 a môžu byť základom pre jeho ďalšie inžinierske vylepšenia a bioimagingové aplikácie.
Anotácia: Infračervené fluorescenčné proteíny (IFP) sú vhodné na in vivo zobrazovanie; ich monomérne formy možno využiť ako značky alebo pri vývoji senzorov. V tejto práci bol použitý monomérny variant IFP2.0 ako fluorescenčná značka proteínových komplexov s potenciálom využitia vo fotodynamickej terapii (PDT). IFP2.0 sa vyznačuje vyšším jasom a lepšími zobrazovacími vlastnosťami než predchádzajúci monomérny variant IFP1.4 aj dimérny variant iRFP. IFP viažu ako chromofór biliverdín (BV), ktorý určuje ich fotofyzikálne parametre vrátane excitačného a emisného maxima. V prípade IFP2.0 dochádza k absorpcii aj emisií v tzv. biologickom okne (600–800 nm), čo umožňuje nielen zobrazovanie v bunkových kultúrach, ale aj hlboké zobrazenie na úrovni tkanív. Ako fluorescenčná značka v proteínových komplexoch určených pre PDT má IFP2.0 výhodu, že jeho spektrum sa neprekrýva s flavoproteínmi absorbujúcimi modré svetlo a emitujúcimi v žlto-zelenom rozsahu. Umožňuje to spoľahlivú lokalizáciu komplexov v bunkách bez rizika nechceného spustenia PDT. Vďaka týmto vlastnostiam môže štúdium IFP2.0 prispieť k rozšíreniu možností bioimagingu aj k efektívnejšiemu vývoju svetlom aktivovaných terapeutických stratégií.
.....................................................................................................................................................................................
3. Fotopolymérne mikrosenzory
Školiteľ: doc. Mgr. G. Bánó, PhD. (KBF ÚFV PF UPJŠ)
Cieľ: Cieľom práce je preskúmať možnosť prípravy flexibilných senzorov toku a viskozity, ktoré sú umiestnené: a) v mikrofluidných kanálikoch, b) na konci optických vlákien.
Anotácia: Flexibilné fotopolymérne vlákna so submikrometrickým priemerom otvárajú možnosť vývoja mikrosenzorických zariadení, ktoré sa dajú využiť v lab-on-chip prostredí. K doteraz známym aplikáciám patria senzory toku kvapalín a senzory viskozity. Nanovlákna vhodných rozmerov sa vyrábajú pomocou dvoj-fotónovej polymerizácie. V rámci diplomovej práce sa zameriame na vývoj a optimalizáciu uvedených mikrosenzorov.
.....................................................................................................................................................................................
4. Štúdium vplyvu vybraných sekundárnych metabolitov lišajníkov na tepelnú stabilitu ľudského sérového albumínu
Školiteľ: RNDr. G. Fabriciová, PhD. (KBF ÚFV PF UPJŠ)
Cieľ: Cieľom tejto práce je pomocou diferenčnej skenujúcej kalorimetrie študovať vplyv vybraných sekundárnych metabolitov lišajníkov na stabilitu HSA pomocou diferenčnej skenujúcej kalorimetrie (DSC).
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.
.....................................................................................................................................................................................
5. Vývoj a štúdium Ramanových markerov pre špecifické bioznačenie buniek
Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, PhD., univ. doc. (KBF ÚFV PF UPJŠ)
Konzultant: RNDr. V. Huntošová, PhD. (CIB TIP UPJŠ)
Cieľ: Cieľom diplomovej práce je navrhnúť a preskúmať možnosti špecifického značenia buniek pomocou Ramanovej spektroskopie pri štúdiu biofyzikálnych a biomedicínskych problémov a zobrazovaní. Práca sa zameria na identifikáciu a štúdium molekúl alebo biokompatibilných systémov, ktoré poskytujú silný a špecifický Ramanov signál s minimálnou fluorescenciou, vrátane molekúl s potenciálnym signálom v tichej oblasti spektra, čím sa umožní citlivá a špecifická detekcia buniek a rozšíria možnosti bioznačenia pre rôzne bioaplikácie.
Anotácia: Ramanova spektroskopia (RS) je potenciálna analytická metóda, ktorá poskytuje špecifickú štrukturálnu informáciu na úrovni molekúl a umožňuje identifikáciu jednotlivých zlúčenín podľa ich tzv. „odtlačku prsta“. Je nenáročná na prípravu vzorky a jej veľkou výhodou pri biomedicínskych aplikáciách je možnosť merania vo vodných roztokoch a za fyziologických podmienok. Kombinácia RS s optickou mikroskopiou, známa ako Ramanova mikroskopia, umožňuje získavať spektrá s priestorovým rozlíšením približne 1 μm, čo umožňuje tvorbu chemických máp tkanív, buniek či subcelulárnych organel. Táto metóda tak poskytuje komplexný pohľad na chemické zloženie biologických vzoriek, umožňuje štúdium fyzikálno-chemických vlastností buniek a tkanív, a to nedeštruktívne a často bez potreby externého značenia.
RS a Ramanove zobrazovanie sa dnes široko využívajú v diagnostike v biomedicínskej oblasti, pri identifikácii abnormalít a chorobných stavov, vo farmaceutickom priemysle na charakterizáciu liekov, ako aj v environmentálnych a forenzných aplikáciách. Medzi hlavné obmedzenia RS patrí jej nízka citlivosť a v prípade biologických vzoriek aj silný fluorescenčný signál. Tieto limitácie je možné čiastočne prekonať použitím biokompatibilných materiálov, ako sú kovové nanočastice, ktoré zosilňujú Ramanov signál a zároveň tlmia fluorescenciu, alebo selektívnym značením buniek pomocou molekulárnych systémov, napríklad modulárnych kovovo-organických štruktúr (MOFs) či upkonverzných nanočastíc (UCNPs), ktoré poskytujú intenzívny a špecifický Ramanov signál.
Cieľom práce je navrhnúť a preskúmať Ramanové markery pre špecifické bioznačenie buniek s dôrazom na molekuly a systémy poskytujúce silný a špecifický Ramanov signál pri minimálnej fluorescencii. Zároveň sa bude skúmať využitie molekúl s potenciálnym Ramanovým signálom v tichej oblasti spektra, čo umožní citlivú a špecifickú detekciu buniek a rozšíri možnosti bioznačenia v rôznych biomedicínskych aplikáciách.
.....................................................................................................................................................................................
6. Stanovenie detekčných limitov vybraných statínov pomocou povrchovo-zosilnenej Ramanovej spektroskopie
Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, PhD., univ. doc. (KBF ÚFV PF UPJŠ)
Cieľ: Cieľom diplomovej práce je preskúmať možnosti využitia povrchovo-zosilnenej Ramanovej spektroskopie (SERS) na detekciu vybraných statínov, stanoviť ich detekčné limity a optimalizovať podmienky merania s ohľadom na dosiahnutie maximálneho zosilnenia Ramanovho signálu a potlačenie fluorescencie. Súčasťou cieľa je aj porovnanie efektivity a vyhodnotenie vhodnosti tejto metódy na monitorovanie zvyškov statínov v životnom prostredí.
Anotácia: Statíny sú dnes už dlhodobo etablovanými a bežne používanými liekmi na reguláciu hladiny cholesterolu a zníženie rizika kardiovaskulárnych ochorení. V posledných rokoch je však alarmujúcim fakt, že zvyšky statínov sa stále častejšie a vo vyšších koncentráciách nachádzajú v životnom prostredí, najmä vo vodných ekosystémoch, a tak predstavujú potenciálne riziká pre život a zdravie ľudí. Z tohto hľadiska je kľúčové monitorovanie ich prítomnosti v životnom prostredí, najmä prostredníctvom dostupných a efektívnych metód a prostriedkov. Ramanova a SERS (z angl. Surface-Enhanced Raman spectroscopy) spektroskopia už dlhodobo demonštruje svoj potenciál ako efektívna, časovo a finančne nenáročná analytická technika, použiteľná aj priamo na mieste, bez potreby náročnej predprípravy vzorky, na monitorovanie, či skríning analyzovaných vzoriek.
Ramanova spektroskopia (RS) je založená na fyzikálnom jave rozptylu dopadajúceho svetla od študovanej vzorky, pričom každá molekula rozptyľuje svetlo špecificky. To znamená, že RS poskytuje špecifickú štrukturálnu informáciu na úrovni molekúl, tzv. odtlačok prsta jednotlivých zlúčenín. Veľkým nedostatkom je jej slabá citlivosť. Častým a významným problémom je aj silná fluorescencia, ktorá dokáže úplne pohltiť slabý Ramanov signál. Jedným z riešení je použitie kovových nanočastíc – ak sa analyzovaná molekula nachádza na ich povrchu alebo v jeho tesnej blízkosti, tak dochádza k významnému zosilneniu Ramanovho signálu (až niekoľko rádov) a súčasne môže dochádzať k zhášaniu fluorescencie. V tomto prípade hovoríme o SERS spektroskopii a tá umožňuje špecificky detegovať aj veľmi nízke koncentrácie molekúl.
V rámci danej diplomovej práce popíšeme a zhodnotíme aktuálny stav postavenia RS a SERS spektroskopie v rámci analytických metód používaných na štúdium statínov, následne sa zameriame na SERS detekciu spektier vybraných molekúl statínov, s cieľom nájsť optimálne podmienky ich detekcie a následne aj určiť príslušné limity detekcie.
.....................................................................................................................................................................................
7. Bioinformatický vývoj racionálnej knižnice nanoteliesok
Školiteľ: RNDr. Martin Menkyna, PhD. (CIB TIP UPJŠ)
Konzultant: prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc. (CIB TIP UPJŠ)
Cieľ: Hlavným cieľom tejto práce je navrhnúť a vytvoriť in silico knižnicu nanoteliesok pomocou racionálnych stratégií a výpočtového modelovania. Práca má za úlohu zamerať sa na predikciu, dokovanie a skórovanie variantov nanoteliesok s cieľom identifikovať kandidátov s priaznivými väzbovými a stabilnými vlastnosťami. Ďalším cieľom je ukázať, ako môžu výpočtové knižnice slúžiť ako prekurzor k experimentálnej validácii, čím sa znižujú náklady a čas v porovnaní s tradičnými metódami.
Anotácia: Nanotelieska predstavujú unikátnu triedu protilátok s malou veľkosťou, vysokou stabilitou a schopnosťou rozpoznávať epitopy neprístupné klasickým protilátkam. Cieľom tejto práce je vytvoriť diverznú knižnicu nanoteliesok, ktoré cielia vybrané špecifické proteíny s využitím in silico prístupov a validovať ich väzbové a funkčné vlastnosti prostredníctvom výpočtovej analýzy. Knižnica bude generovaná na základe známych štruktúrnych rámcov a následne diverzifikovaná v oblasti väzbových slučiek. Vhodné varianty budú modelované, dokované k cieľovým proteínom a hodnotené na základe energetických a štrukturálnych kritérií. Výsledky poskytnú nový súbor virtuálnych nanoteliesok, ktoré môžu slúžiť ako základ pre ďalší experimentálny výskum.
.....................................................................................................................................................................................
8. 3D biotlač: prírodné fotoaktívne látky ako súčasť hydrogélov
Školiteľ: RNDr. Zuzana Naďová, PhD. (KBF ÚFV PF UPJŠ)
Cieľ: Cieľom diplomovej práce bude vyhodnotiť vplyv prírodných fotoaktívnych látok na kvalitu tlačených konštruktov, a ich vplyv na vlastnosti a prežívanie kultivovaných buniek.
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 fibroblasty kultivované na 3D lešeniach, vytlačených pomocou Multi Jet Fusion (MJF). Cieľom diplomovej práce bude vyhodnotiť vplyv prírodných fotoaktívnych látok na (i) kvalitu tlačených konštruktov – ich mechanické vlastnosti (ii) produkciu kyslíkových radikálov (ROS), funkčnosť mitochondrií a (iii) vitalitu a proliferáciu buniek. buniek. Študent získa praktické skúsenosti s3D biotlačou, UV-VIS spektroskopiou, kultiváciou buniek in vitro a fluorescenčným zobrazovaním vybraných vnútrobunkových cieľov.
.....................................................................................................................................................................................
9. Štúdium foriem α-synukleínu (αSNC) – prefibrilárnych a agregátov v nervových bunkách.
Školiteľ: doc. RNDr. K. Štroffeková, PhD. (KBF ÚFV PF UPJŠ)
Cieľ:Určenie foriem α-synukleínu (α-SNC), prefibrilárnych a agregátov a mechanizmu ich regulácie v nervových bunkách.
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 hromadenie nerozpustných cytoplazmatických proteínov vrátane α-synukleínu (α-SNC) a narušenie rovnováhy medzi apoptózou a autofágiou. Štúdia sa zameria na formy α-SN, prefibrilárne a agregáty a mechanizmu ich regulácie v nervových bunkách, na apoptózu a autofágiu. Vo výskume bude použitý interdisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, imunocytochémiu, spektroskopie a molekulárnej biológie.