Témy diplomových prác

Témy magisterských diplomových prác vypísaných na Katedre biofyziky a v Centre interdisciplinárnych biovied na akademický rok 2019/2020:

1. Meranie viskozity pomocou elastických mikroštruktúr

Školiteľ: doc. Mgr. G. Bánó, PhD.
Anotácia: Elastické vlastnosti mikroštruktúr vyrobených dvojfotónovou polymerizáciou využijeme na detekciu viskozity kvapalného prostredia. Budeme sledovať relaxačný pohyb mikroštruktúr ponorených do rôznych roztokov. Zariadenie využijeme na meranie závislosti viskozity od koncentrácie vybraných proteínov v roztoku.

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

2. Optický skalpel – stavba aparatúry

Školiteľ: doc. Mgr. G. Bánó, PhD.
Anotácia: Hlavnou úlohou diplomovej práce bude postaviť novú aparatúru na rezanie buniek pomocou optického skalpela. Táto aparatúra bude predstavovať novú experimentálnu technológiu na Katedre biofyziky, ktorá otvorí dvere pre mnohé zaujímavé experimenty v budúcnosti.

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

3. Spojenie elektrónového transportu s protónovým v respiračnej cytochróm c oxidáze

Školiteľ: RNDr. M. Fabián, CSc.
Anotácia: Respiračné cytochróm c oxidázy (CcO) katalyzujú prenos elektrónov z cytochrómu c na molekulový kyslík. Celková redukcia kyslíka na vodu si vyžaduje štyri protóny, ktoré sa absorbujú z matrixu mitochondrií. Okrem toho CcO sú schopné preniesť jeden protón z matrixu do intermembránového priestoru na každý prenesený elektrón na O2. Prenos elektrónov cez CcO sa uskutočňuje cez štyri redoxné centrá, meď CuA, hém a, hém a3 a meď CuB. Doposiaľ však nie je objasnené, ktoré centrá sú zapojené do transportu protónov. Cieľom práce bude preskúmať, pomocou pH závislosti redoxných potenciálov hému a a CuB, ktoré z týchto dvoch centier by mohlo plniť kľúčovú úlohu v protónovom prenose. V práci bude použitá izolovaná CcO z hovädzích sŕdc, UV-Vis spektroskopia a elektrochemické metódy na meranie redoxných potenciálov.

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

4. Štúdium vplyvu hydroxylových skupín v molekulách derivátov antrachinónov na stabilitu ľudského sérového albumínu

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 vplyvu interakcií nízkomolekulových lidangov na jeho stabilitu. Cieľom tejto práce je pomocou diferenciálnej skenujúcej kalorimetrie študovať vplyv architektúry molekuly, konkrétne umiestnenie hydroxylových skupín v derivátoch antrachinónu, na stabilitu HSA.

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

5. Modelovanie evolučných procesov a rezistencie voči liekom pri liečbe rakoviny pomocou geneticky modifikovaných vírusov

Školiteľ: doc. RNDr. D. Horváth, CSc.
Anotácia: Rezistencia na liečivo je dobre známym javom, ktorý sa vyskytuje aj pri liečbe rakoviny. Evolučný pohľad na tento proces naznačuje, že nádor môže spôsobiť neúčinnosť terapie vývojom rezistentných klonov. Práca by mala diskutovať o ďalšej úrovni zložitosti problému, kde liečba zahŕňa nielen jednu optimalizovanú terapiu, ale aj celý rad terapií, ako aj rôzne liečebné stratégie. Nevyhnutným predpokladom úspešného absolvovania je nielen schopnosť matematického myslenia, znalosť základov programovania, ale aj záujem o biologické a medicínske problémy.

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

6. Štúdium biodistribúcie DARPIN-ov a ich vplyv na prežívanie nádorových buniek in vitro a ex ovo: model prepeličej chorioallantoickej membrány

Školiteľ: RNDr. V. Huntošová, PhD.
Anotácia: Sledovanie interakcie DARPIN-ov s bunkami bude uskutočnené prostredníctvom fluorescenčnej mikroskopie, Western blotu a prietokovej cytometrie. Nádorové bunky budú prenesené na povrch prepeličej chorioallantoickej membrány, kde bude fluorescenčne detekovaný cielený záchyt DARPIN-ov nádorovými bunkami.

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

7. Štúdium nanosenzorov pre monitorovanie okysličenia tkanív a hladiny oxidatívneho stresu v nádorových bunkách

Školiteľ: RNDr. V. Huntošová, PhD.
Anotácia: V priebehu diplomovej práce sa sústredíme na identifikáciu vhodných molekúl senzitívnych na kyslík a oxidatívny stres v nádorových bunkách. Fluorescenčná spektroskopia a UV-Vis absorpčná spektroskopia budú použité na identifikáciu týchto molekúl. Fluorescenčná mikroskopia bude aplikovaná pri sledovaní záchytu jednotlivých molekúl a vytvoreného nanočasticového systému do nádorových buniek. Pre kvantifikáciu záchytu bude použitá prietoková cytometria. Citlivosť celého systému in vitro bude testovaná pomocou metódy merania fluorescenčných a fosforescenčných dôb života.

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

8. Vývoj a charakterizácia polyoxazolínových polymérnych micel pre transport hydrofóbnych liečiv

Školiteľ: doc. Mgr. D. Jancura, PhD.
Anotácia: Transport liečiv zohráva kľúčovú úlohu pri efektívnej liečbe závažných ochorení (nádorové, kardiovaskulárne, neurodegeneratívne ochorenia). V tejto súvislosti sa v súčasnosti venuje veľká pozornosť vývoju a konštrukcii nových transportných systémov liečiv s vhodnými vlastnosťami pre cielený transport liečiv. Cieľom teoretickej časti práce je predložiť stručný prehľad o súčasnom stave poznania v oblasti transportu liečiv a dôrazom na využitie polyoxazolínových polymérnych micel pri tomto transporte. Hlavným cieľom experimentálnej časti práce je vývoj týchto micel, ich fyzikálno-chemická charakterizácia a testovanie týchto nanočasticových transportných systémov ako efektívnych prenášačov hydrofóbnych molekúl (hypericín, kurkumín).

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

9. Teplotná stabilita cytochróm c oxidázy a jej vplyv na vlastnosti intermediátov katalytického cyklu

Školiteľ: doc. Mgr. D. Jancura, PhD.
Anotácia: Cieľom teoretickej časti práce je poskytnúť stručný prehľad o štruktúrnych a katalytických vlastnostiach terminálneho komplexu dýchacieho reťazca v mitochondriách, cytochróm c oxidázy a taktiež o vplyve rôznych fyzikálno-chemických faktorov na jej aktivitu. Hlavným cieľom experimentálnej časti tejto práce je zistiť vplyv teploty na funkčnosť cytochróm c oxidázy ako aj na vlastnosti jednotlivých intermediátov katalytického cyklu tohto enzýmu, predovšetkým ferylových foriem P a F.

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

10. Zobrazovanie buniek pomocou Ramanovej spektroskopie

Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, 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.

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

11. Vysokorozlišovacie zobrazovanie thékodontnej dentície druhohorných plazov: synchrotronová mikrotomografia

Školiteľ: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD.
Anotácia: Euparkeridné plazy sú považované za najbližšie príbuzné formy spoločného predka archosaurov. Hrajú preto kľúčovú úlohu v našom poznávaní evolúcie znakov, ktoré charakterizujú vznik prvých archosaurov. Tento projekt je zacielený na neinvazívne štúdium vzniku thékodontnej implantácie a mikroštruktúru dentínu zubov euparkeridného archosauromorfa Osmolskina czatkowicensis z vrchného triasu Poľska použitím vysokorozlišovacej synchrotrónovej mikrotomografie.

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

12. Mikroštruktúra kostených zubovitých útvarov treťohorných vtákov

Školiteľ: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD.
Anotácia: Po vymieraní na konci druhohor sa v treťohorných sedimentoch už neobjavujú pozostatky ozubených vtákov. Túto paradigmu však spochybňuje istá skupina vtákov, Odontopterygidae, ktorej sa na čeľustiach vyvinuli zubovité útvary. Našou úlohou bude objasniť evolučný a vývojový pôvod týchto útvarov na príklade odontopterygidného vtáka Lutetodontopteryx tethyensis z eocénu Ukrajiny.

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

13. Rastová dynamika a kvantitatívna osifikácia skeletu embryí moderných archosaurov: model pštrosa dvojprstého a krokodíla nílskeho

Školiteľ: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD.
Anotácia: Pštrosy a krokodíly majú podobnú stratégiu rozmnožovania: prostredníctvom vajec s tvrdou vápnitou škrupinou inkubovaných pod rodičovským dozorom. Z vajec sa liahnu jedince schopné samostatného pohybu a potravnej nezávislosti. Tento pokročilý vývojový stav, nazývaný prekocialita, dosiahne pštros podstatne skôr ako krokodíl. Tento projekt je zameraný na porovnanie časových a rýchlostných parametrov, ktoré odpovedajú embryonálnemu vývoju kostry krokodíla a pštrosa. Porovnanie bude založené na trojrozmerných modeloch vyhotovených zo mikrotomografických skenov.

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

14. Vysokorozlišovacie zobrazovanie kostnej mikroštruktúry fosilizovaného kostného tkaniva: osteochronológia druhohorných plazov

Školiteľ: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD.
Anotácia: Kostné tkanivo je zdrojom informácii o mnohých biologických prejavoch jeho pôvodcu. Umožňuje napríklad určovanie veku (osteochronológia), pohlavnej a somatickej dospelosti a to na základe tvaru, počtu a periodicity úsekov, ktoré vznikajú počas obmedzení rastovej aktivity. Našou úlohou bude určiť a analyzovať stopy takéto prerušenia rastu v skamenenom kostnom tkanive plazov objavených v kriedových vrstvách Číny, zrekonštruovať ich rastový profil a odhadnuť vek.

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

15. Rekonštrukcia mikroštruktúry škrupiny vajec oviraptoridných dinosaurov z vrchnej kriedy Číny

Školiteľ: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD.
Anotácia: Oviraptoridy patria medzi najznámejšie mongolské dinosaury, u ktorých poznáme aký typ vajec znášali. Objavy hniezdisk nových druhov oviraptoridov v južnej Číne si vyžadujú popis mikroštruktúry škrupiny vajec z rôznych lokalít. Mikroštruktúrne vlastnosti nám umožnia zistiť či mongolské a čínske oviraptoridi znášali odlišné typy vajec. Zmeny v mikroštruktúre nám poslúžia ako indikátor pre stanovenie prítomnosti embryí vo vajciach a výber vhodných exemplárov pre tomografické vyšetrenie.

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

16. Vývoj mikroštruktúry krycieho a letového peria u hoacina chochlatého z amazónskeho pralesa v Brazílii

Školiteľ: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD.
Anotácia: Hoacin je jediný žijúci vták, ktorého mláďatá majú na predných krídlovitých končatinách tri pazúre. Tieto používajú na aktívne šplhanie, zatiaľčo dospievajúce jedince ich strácajú a predná končatina sa mení na plnohodnotné krídlo. S touto zásadnou zmenou v pohybovej aktivite súvisí aj charakter operenia. Úlohou riešiteľa je zaznamenať zmeny v mikroštruktúre a farebnosti peria pri prechode použitia prednej končatiny od šplhania k letu.

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

17. Ribozómový displej na vybranom GPCR

Školiteľ: doc. RNDr. E. Sedlák, PhD.
Anotácia: Ribozómový displej je evolučná in vitro technika, ktorá umožňuje v krátkom časovom intervale (týždne) uskutočniť tzv. riadenú evolúciu proteínov – t.j. tvorbu proteínov s vopred určenými vlastnosťami, ako je väzobná špecificita. Diplomant by mal získať základné skúsenosti s ribozomálnym displejom, ktorý bude v tejto práci uskutočnený na vybranom GPCR. Diplomant by taktiež mal získať skúsenosti pri charakterizácii základných vlastností proteínov pomocou gélovej chromatografie a SDS elektroforézy. Cieľom diplomovej práce je uskutočniť niekoľko kôl selekcie GPCR pomocou ribozomóveho displeja a charakterizovať základné vlastností vyselektovaných proteínov.

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

18. Izolácia a charakterizácia flavodoxínu Desulfovibrio desulfuricans

Školiteľ: doc. RNDr. E. Sedlák, PhD.
Anotácia: Flavodoxín zo sírany redukujúcej baktérie Desulfovibrio desulfuricans (ATCC 29577) je malý (15,7 kDa), negatívne nabitý (v neutrálnom pH) proteín obsahujúci nekovalentne viazaný flavín mononukleotid. Diplomant by mal získať základné skúsenosti s izoláciou proteínov z baktérií. Charakterizácia proteínu bude spočívať v určení čistoty, homogenity a tepelnej stability proteínu. Diplomant by sa mal taktiež pokúsiť o prípravu apolfladoxínu a zistiť, či apoflavodoxín z D. desulfuricans dokáže viazať flavín adenín dinukleotid. Zaujímavou otázkou je, či flavodoxín dokáže produkovať singletový kyslík. Cieľom diplomovej práce je izolácia flavodoxínu Desulfovibrio desulfuricans z Escherichia coli a charakterizácia základných vlastností vyprodukovaného proteínu.

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

19. Štúdium vplyvu fotobiomodulácie (PBM) na pesticídmi poškodené nervové bunky

Školiteľ: doc. RNDr. K. Štroffeková, PhD.
Anotácia: Spoločným menovateľom civilizačných ochorení vrátane kardiovaskulárnych a neurodegeneratívnych chorôb je zvýšený oxidatívny stres a mitochondriálna dysfunkcia, ktoré sú spojené s dysfunkciou alebo apoptózou buniek. Oxidatívny stres veľmi často prispieva k úbytku neurónových buniek. Presná regulácia počtu a kvality mitochondrií prostredníctvom ich štiepenia a fúzie je nevyhnutná pre správnu funkciu buniek a ich adekvátnu reakciu na stres. Fotobiomodulácia (PBM) v blízkej infračervenej oblasti (NIR) má potenciál plniť ochrannú aj regeneračnú funkciu pre bunky. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulovej biológie.

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

20. Štúdium interakcií Hypericínu s Bcl2 proteínmi a možné využitie pre synergický efekt s cytostatikami

Školiteľ: doc. RNDr. K. Štroffeková, PhD.
Anotácia: Proteíny rodiny Bcl2 hrajú kľúčovú úlohu pri regulácii apoptózy. Zložitá sieť proteín-proteínových interakcií medzi multi- BH doménovými anti- a pro-apoptotickými Bcl2 proteínmi a „BH3-only“ proteínmi kontroluje procesy prežívania a smrti buniek prostredníctvom regulácie činnosti mitochondrií. Dôležitosť interakcie medzi anti-apoptotickými Bcl2 proteínmi a BH3 doménami, buď pro-apoptotických Bax a Bak, alebo „BH3-only“ proteínov, spôsobila, že táto je zaujímavým cieľom pre vývoj nových antirakovinových terapií. V súčasnosti je skúmaných viac ako 20 nízkomolekulových látok, inhibítorov anti-apoptotických Bcl2 proteínov, označených ako BH3 mimetiká. Bolo ukázané, že hypericín (Hyp) má tiež potenciál byť BH3 mimetikum. Cieľom štúdia bude skúmať interakcie Hyp s Bcl2, BclXL a Mcl1 proteínmi a následne v kombinácii s inýmy cytostatikami. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulovej biológie.

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

21. Návrh experimentu – príprava kontrastovacích stratégií pre sledovanie štrukturálnej dynamiky DNA vo svetle nových experimentálnych možností EuXFEL

Školiteľ: doc. RNDr. Jozef Uličný, CSc.
Anotácia: Cieľom práce je prispieť k návrhu experimentálneho projketu (žiadosti o pridelenie meracieho času) na SPB/SFX stanici EuXFEL, zameraného na mapovanie štrukturálnej dynamiky DNA v natívnej resp. blízko k natívnej forme. Ide o viacero čiastkových tém vhodných pre študentov rôznych zameraní (biofyzika, bioinformatika, fyzika, informatika, biochémia, biológia) a úrovní (od bakalárskej až po PhD) s cieľom oboznámiť sa so súčasným stavom a limitmi experimentov na EuXFEL, špecifikami prípravy vzoriek, možnosťami zapojenia zahraničných laboratórií a expertov tak, aby bolo možné navrhnúť kompetitívny experiment na SPB/SFX (serial femtosecond crystallography/single particles and biomolecules) experimentálnej stanici. V závislosti od odborného zamerania študenta(ov):

  • fyzika X-ray zobrazovania (formovania obrazu) a rekonštrukcia obrazu z bezšošovkových difrakčných a zobrazovacích experimentov,
  • procesy rekonštrukcie objektov v 3D z fázovej informácie za použitia techník strojového učenia a umelej inteligencie
  • modelovanie dynamiky topologických kontaktných domén – korelácia 3C experimentov a profilov génovej expresie, bioinformatika a genomika modelového organizmu, návrh proteomickéhop experimentu a práca s GEO databázami.

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

22. Úloha glykozylácie pre stabilitu IgG

Školiteľ: RNDr. G. Žoldák, PhD.
Anotácia: Imunoglobulíny G (IgG) sú špecificky glykozylované na konzerovovanom asparagínovom zvyšku v CH2 doméne. Táto glykozylácia je nevyhnutná pre správnu funkciu IgG. Úloha glykozylácie pre stabilitu a rozpustnosť IgG je však menej známa. Cieľom práce bude pripraviť a uskutočniť biofyzikálnu charakterizáciu deglykozylovanej formy IgG a porovnať s glykozylovanou formu.

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

23. Skríning knižnice nízkomolekulových látok za účelom identifikácie fragmentov stabilizujúcich ľahký reťazec IgG

Školiteľ: RNDr. G. Žoldák, PhD.
Anotácia: Sekrécia ľahkého reťazca imunoglobulínu G v prípade klonálne nadmnoženej populácie plazmatických buniek môže viesť k amyloidóze, ktorá predstavuje závažné rakovinové ochorenie. Stabilizácia natívnej formy ľahkého reťazca predstavuje konzervatívnu stratégiu inhibície tvorby amyloidných štruktúr.

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

24. Vývoj a testovanie nových kinetických metód pre štúdium komplexných reakčných schém

Školiteľ: RNDr. G. Žoldák, PhD.
Anotácia: Agregácia a tvorba supramolekulových štruktúr predstavuje relatívne komplexné reakcie, ktorých detailný mikroskopický popis je náročný z dôvodu relatívne nízkeho počtu experimentálne pozorovaných premenných. Cieľom práce bude vyvinúť a otestovať kinetické metódy založené na kombinácií paralelných reakcií s časovým posunom.

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

25. Testovanie vybraných skupín nízkomolekulových zlúčenín odvodených z prírodných látok ako nových excipientov ovplyvňujúcich stabilitu a rozpustnosť monoklonalnych IgG proteínov

(v spolupráci s Katedrou biochémie)

Školiteľ: RNDr. G. Žoldák, PhD.
Anotácia: Vývoj terapeutických proteínov a ich aplikácia v medicíne je často limitovaná nedostatočnou stabilitou a úzkym výberom vhodných excipientov a stabilizujúcich látok. Cieľom tejto magisterskej práce je experimentálne testovanie vybraných skupín prírodných nízkomolekulových látok a ich vplyv na stabilitu a rozpustnosť monoklonálnych protilátok. Stabilita vybraných protilátok bude určená v rôznych fyzikálnych podmienkach a zameria sa hlavne na teplotný a mechanický stres ako aj vplyv viacnásobného zmrazovacieho-rozmrazovacieho cyklu. Okrem použitia štandardných biofyzikálnych techník bude možné vyvíjať aj inovatívne postupy testovania a charakterizácie oligomerizačného stavu IgG protilátok. Napríklad bude sa vyvíjať reprodukovateľná a validovaná analytická metóda vplyvu mikroskopického rozhrania voda-vzduch, ktoré sa vyskytujú pri aerosolných aplikáciách terapeutických proteínov. Vybrané skupiny prírodných látok a od nich odvodených derivátov zahŕňajú: (1) sorbitol, (2) crocin, (3) kyselina škoricová, (4) betanín a (5) inozitol. Ako testovacie proteíny budú využité monoklonálne referenčné protilátky ako aj IgG protilátky používané na analytické reakcie. Magisterská práca bude prebiehať ako úzka spolupráca medzi Centrom Interdisciplinárnych biovied TIP-UPJŠ a Katedrou biochémie PF UPJŠ.