|
|
Novel Antibacterial Collagen Scaffolds for Regenerative Medicine
Dorazilová, Jana ; Brtníková, Jana (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá charakterizací 3D porézních kolagenových pěn obsahující vybraná antibakteriální činidla. V literární části jsou shrnuty dosavadní poznatky o biomateriálech a biopolymerech se zaměřením na kolagen a chitosan. Dále jsou v ní popsány antibakteriálních vlastnosti nanočástic v kontextu s využitím selenových nanočástic jako antibakteriální činidla. Pro potřeby této práce byla vybrána antibakteriální aditiva dvojího typu – biopolymerní chitosan a selenové nanočástice. 3D porézní struktury bylo dosaženo metodou lyofilizace. Mechanické vlastnosti biopolymerní matrice byly podpořeny síťováním v prostředí chemického síťovadla na bázi karbodiimidu. K charakterizaci připravených kolagenových pěn byly použity především fyzikálně chemické metody. Na analýzu mikrostruktury a velikosti pórů, vizualizaci nanočástic a jejich distribuci v testovaných materiálech byla využita rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) spolu s energiově disperzní analýzou (EDX). Parametry jako je porozita, botnací poměr, úbytek hmotnosti při degradaci ve vodném prostředí a v prostředí enzymů byly zjištěny vhodnými gravimetrickými metodami. Ovlivnění chemické struktury kolagenové matrice před a po přidání antibakteriálních aditiv bylo sledováno za pomocí metody zeslabeného úplného odrazu infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (ATR FTIR). Procentuální uvolnění nanočástic z testovaných vzorků bylo sledováno pomocí optické emisní spektroskopie s indukčně vázanou plazmou (ICP OES). K zhodnocení antibakteriálních vlastností testovaných materiálů byly použity především difúzní agarová disková metoda a makrodiluční bujónová metoda. Provedeným výzkumem jsme zjistili vliv přídavku antibakteriálních činidel na strukturu a některé vlastnosti 3D kolagenových matric. Výsledky antibakteriálních testů ukázaly pozitivní vliv chitosanu i selenových nanočástic na inhibici růstu bakterií v závislosti na koncentraci přidaných aditiv. Navržené materiály mohou být využity pro biomedicínské aplikace především v oblastech zabývající se regenerací měkkých tkání.
|
|
|
Treatment of bilogical waste from egg processing
Zich, Jan ; Brummer, Vladimír (referee) ; Máša, Vítězslav (advisor)
The main target of this final thesis is to compile possible uses of eggshell waste with emphasis on pharmaceutical industry. Firstly, the common handling of this waste, including legislation, is described. It is also explained what eggshell waste is mainly composed of – eggshell containing calcium and eggshell membrane rich on collagen and other substances. In addition, various ways of using eggshell waste are presented and evaluated, including manufacture of pharmaceutical products. Finally, a search for commercial solutions, patents and other sources dealing with the process of processing egg waste is carried out. It showed that although there are many patents, the offer of equipment for this purpose is very limited on the market. The acquired knowledge is used in the design of a unique process line enabling processing of both components of eggshell waste as pharmaceutical products.
|
|
|
Production, Characterization and Utilization of the Biomass from Various Sources
Gojkovic, Živan ; Vávrová, Milada (referee) ; Čertík, Milan (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
Úprava biomasy je jedním z nejdůležitějších problémů v moderních přírodních vědách, protože je základní kategorií týkající se zemědělství, potravinářství, ekologie, zpracování odpadu a biotechnologie. Ať už živočišného, rostlinného nebo mikrobiálního původu, biomasa představuje obrovský zdroj surovin jako potravin, čistých chemikálií, bioaktivních molekul atd., jejichž izolace, charakterizace a formulace může vést k zajímavým novým produktům určeným pro lidskou spotřebu, nebo jako nový materiál v biomedicíně. Předložená studie byla zaměřena na výzkum dvou druhů biomasy - kuřecí kůže jako zdroje kolagenu t a biomasy mikrořasy Chlorella sorokiniana obohacené selenomethioninem (SeMet). V první části práce byl z kuřecí kůže izolován, identifikován a charakterizován kolagen typu I. Molekulární vlastnosti kuřecího kolagenu byly analyzovány a srovnány s jinými kolageny z živočišných kůží. Pro molekulární charakterizaci kolagenu byla použita viskosimetrie a ultrazvuková spektroskopie. Ultrazvukovou spektroskopií bylo zjištěno, že disagregace a zkapalňování hovězího kolagenu začíná při teplotě 40 °C, zatímco u kuřecího kolagenu začíná až při 50 °C. Viskosimetrie dále potvrdila vyšší tepelnou stabilitu kolagenu z kuřecí kůže, jeho denaturační teplota byla 50 °C, což je rovněž o deset stupňů více než u hovězího kolagenu. Kuřecí kolagen obsahuje dvakrát vyšší množství lysinu, což poskytuje tepelnou stabilitu kolagenu. Na základě získaných výsledků lze říci, že vzhledem ke své vysoké tepelné stabilitě a vhodnému aminokyselinovému složení, kuřecí kůže může být použita jako alternativní zdroj kolagenu typu I s aplikacemi v potravinářském průmyslu a biomedicíně. Druhá část práce byla zaměřena na obohacení biomasy zelené mikrořasy C. sorokiniana selenomethioninem. Experimentální část byla provedena v Laboratoři biotechnologie řas na Univerzitě Huelva ve Španělsku. Cílem první části experimentů bylo studovat vliv selenu na životaschopnost řas, morfologii buněk a akumulaci SeMet v biomase mikrořasy kultivované v dávkových kulturách. Subletální koncentrace Se v živném médiu, 40 mgL-1 (212 M), snížila rychlost růstu o 25 % ve srovnání s kontrolní kulturou. Hodnota EC50 45 mgL-1 (238,2 M) byla stanovena pro selenan. Ultrastrukturální studie ukazovaly na strukturální změny chloroplastu (granulární stroma, redukce thylakoid). Elektroforéza proteinů z biomasy mikrořasy ukazuje, že Se ovlivňuje expresi genu enzymu Rubisco. C. sorokiniana byla schopna akumulovat až 140 mgkg-1 SeMet během 120 h kultivace. Další část experimentální práce byla zaměřena na obohacování biomasy mikrořasy C. sorokiniana selenomethioninem během kontinuální kultivace s použitím 2,2 L bioreaktoru v kultivačním médiu s přídavkem koncentrace selenu v rozmezí od 5 do 50 mgL-1. C. sorokiniana rostla stejně ve všech testovaných koncentracích selenu kromě koncentrace 50 mgL1, která byla již po krátké době kultivace letální. Během kontinuální kultivace se 40 mgL-1 selenu, bylo získáno maximálně 246 gL-1 selenomethioninu denně. Výsledky ukazují, že kultivace v dávkových kulturách a dlouhodobá kontinuální kultivace mikrořasy C. sorokiniana pro získaní biomasy obohacené SeMet je možná pečlivým výběrem podmínek kultivace a subletálních koncentrací selenu v živném médiu.
|
|
|
Stability of cross-linked collagen
Součková, Gabriela ; Vojtová, Lucy (referee) ; Jančář, Josef (advisor)
Teoretická část této bakalářské práce pojednává o obecných vlastnostech kolagenu, který je nejčastěji rozšířeným vláknitým proteinem v těle, o síťování kolagenu, které vede ke zlepšení mechanických i chemických vlastností, a o široce využívaných síťovacích činidlech, především 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) karbodiimidu (EDC). Dále se zabývá několika metodami stanovení EDC ve vodném roztoku. Experimentální část je zaměřena na praktické stanovení množství EDC, které zůstalo ve vodě použité k promývání vzorků po síťování. Cílem bylo zjistit, jestli současně používaná metoda promývání je dostatečná pro jisté aplikace nebo je potřeba ji upravit. I přesto, že sloučenina EDC je prakticky netoxická, může způsobovat zbarvení kolagenních materiálů po sterilizaci ozařováním. Vzhledem k tomu, že nebylo zjištěno jaké množství EDC může ve vzorku zůstat nebo jestli je nezbytné vymýt veškeré EDC, je obtížné rozhodnout jestli je promývací metoda dostatečná nebo není. Navíc je potřeba brát do úvahy i ostatní vedlejší produkty síťování kolagenu. Nicméně cílem této práce bylo pouze zhodnotit účinnost vymývání EDC z kolagenních vzorků. Pro síťování byly použity tři různé koncentrace EDC a následně byly vzorky vymývány po různě dlouhou dobu. Takto bylo získáno 48 vodných vzorků, které byly následně třikrát spektrofotometricky stanoveny. Výsledně bylo zjištěno, že pro běžně používanou koncentraci síťovacího činidla (50 mmol.l 1 EDC) postačuje promývat vzorky po dobu 30 minut v roztoku hydrogenfosforečnanu sodného (Na2HPO3) a následně promývat ve vodě čtyřikrát po dobu 15 minut s výměnou vody při každém kroku. Po těchto krocích klesla koncentrace EDC v promývací vodě pod 1 mol . l-1, pro nižší koncentrace síťovacího roztoku byla dostatečná i kratší doba promývání. Výsledky této bakalářské práce jsou pouze předběžné, a proto by mělo následovat další zkoumání této problematiky.
|
|
|
Kinetics Studies of Collagen I Self-Assembly
Voldánová, Michaela ; Ondreáš, František (referee) ; Jančář, Josef (advisor)
Collagen, the most abundant protein of connective tissues, in various forms has a wide applications due to their diverse biological and chemical properties. One of the forms are collagen hydrogels, which are considered very suitable material for applications in tissue engineering, because they are able to provide biodegradable scaffolds that its properties correspond with living tissues. These systems are used for example as scaffold for targeted drug delivery with controlled release, in combination with cells can be used for the regeneration and reconstruction of tissues and organs. Heating the aqueous solution of collagen leads to spontaneous self-assembly process to variously distributed fibrillar structures, which are at a later stage of fibrillogenesis prerequisite for creating a three-dimensional supporting network, which is the basic building block of the gel. The resulting properties of the hydrogel depend not only on its structure, but also on the conditions which cause self-assembly process. Hydrogels were performed at 37 ° C and physiological pH. Studied structural variable was the concentration of collagen. So far, for the research of self-assembly were used spectrometric methods, which only provide information about kinetics of morphogenesis. In this work to study the kinetics of collagen I self-assembly were used rheological methods, which additionally give information about viscoelastic properties of the resulting material. The obtained experimental data confirmed two-step process of collagen I fibrillogenesis consisting of nucleation and growth process. Rheological hydrogels collagen behaved as a nonlinear yield-pseudoplastic. An attempt was made to molecular interpretation of the results. Using two-parametric Avrami equation was determined the rate of self-assembly for each concentration of collagen and the value of Avrami exponent determining the shape of produced units. The prepared hydrogels were subjected to increasing shear stresses (strain amplitude, shear rate). Larger amplitudes leads to collapse of the hydrogel structure, which is able to again partially regenerated.
|
|
|
Characterization of collagen from different animal tissues
Mikulíková, Zuzana ; Drábková, Michaela (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
The aim of the proposed diploma thesis is to optimize the procedure of collagen isolation from animal tissues and methods for molecular characterization of isolates. In experimental part, isolations of collagens from animal tissues (chicken, hen, carp, and pork skin) were performed. Total protein concentration was determined by Biuret method and by TNBSA method. Both methods were used also in order to study physiological and thermal stability of the isolates under model conditions. Isolated collagens were characterized at molecular level using PAGE–SDS and microfluidic electrophoresis. Further, amino acids composition and microelement content were analyzed. Finally, the stability of isolated collagens in several types of simulated physiological and pathological conditions was tested too. During isolation relatively sufficient collagen yields were obtained (about 15 % of purified collagen per original mass of biological material). In all analyzed tissues Type I collagen was found. Thermal stability of individual samples differed according to biological source type and tissue age. Viscosimetry measurements confirmed higher stability in collagen samples of older animals. Collagenase exhibited the lowest degradation effect to bovine collagen, while selected mixed microbial hydrolases differed according to enzyme preparative type. Incubation of collagen isolates with selected human pathogens confirmed higher resistance of bovine collagen to biofilm formation when compared with the chicken one.
|
|
|
Design of apparatus for determination of directions of reinforcing fibres in soft biological tissues in their deformed state
Sodomka, Tomáš ; Vaverka, Jiří (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
The Bachelor´s thesis is focused on the determination of directions of collagen fibres in elastic arteries. The first aim of this thesis is a general introduction into soft tissue mechanics with turning attention to connective tissue where collagen fibres are their inseparable part. Also the thesis introduces arrangement of collagen fibres, their waviness and how the waviness thwarts determination of direction of fibres. The second aim is a design and test of the mechanical apparatus, which is able to stretch a squared aortic sample in two perpendicular directions (independently on each other) up to the relative deformation of 30 %. Design of the apparatus allows the sample to be dipped into the formaldehyde solution, which fixes the deformation. Consequent histologic sections of the sample will be used for the determination of global directions of collagen fibres in the aorta. The apparatus is designed to simulate conditions in a human or animal body where aorta is axially pre-stretched and at the same time expanded in the radial direction by blood pressure.
|
|
|
System of collagen-hyaluronan in colloidal silver
Sklenářová, Renáta ; Obruča, Stanislav (referee) ; Hurčíková, Andrea (advisor)
The bachelor thesis is focused on the characteristics of solutions of hyaluronan and collagen in colloidal silver. These solutions polysaccharide and protein were prepared at several concentration rows that were analyzed by densitometer from Anton Paar and rheometer from TA Instruments. There were measured density, ultrasonic velocity and viscosity. The aim was to find the optimal ratio of collagen and hyaluronan in colloidal silver, which would suit the transdermal absorption and prepare skin healing spray.
|
|
|
Study of some modified colagen biomaterials
Zouharová, Lucie ; Drábková, Michaela (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
The aim of the presented work is the study and biochemical characterization of some modified collagen materials (prepared on Institute of Material Science, Faculty of Chemistry, BUT), optimalization of collagen isolation from various types of animal tissues and testing of isolated collagen stability. First, isolation of collagen from five different animal tissues was performed with satisfactory yields. The concentration of total proteins was measured by Biuret and Hartree – Lowry method, the concentration of free amino groups was measured by TNBSA method. Protein analysis in colllagen preparatives was peformed by vertical electrophoresis PAGE-SDS and by microfluidic electrophoretic system Experion for comparison. Further purification and separation of collagen isolates by gel permeation chromatography was tested too. To detailed characterization thermal stability of collagen specimens was performed by high performance ultrasonic spectroscopy. Biological stability of collagen was tested in model physiological conditions.
|
|
|
The effect of biologicaly active substances on the structure and properties of collagenous substrates
Muchová, Johana ; Michlovská, Lenka (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Diplomová práce se zabývá přípravou 3D porézních kolagenových skafoldů metodou lyofilizace a jejich modifikací bioaktivními látkami. K modifikaci byly použity přírodní polysacharidy – chitosan, vápenatá oxidovaná celulóza a chitin/chitosan-glukanový komplex. Mechanické vlastnosti skafoldů byly upraveny síťováním pomocí karbodiimidů. Růstové faktory byly dodány formou destičkového lyzátu. Byl zkoumán vliv biologicky aktivních aditiv, siťovacího činidla a obohacení růstovými faktory na vlastnosti připravených skaffoldů a jejich bioaktivitu v tkáních živých organismů. Konkrétně byly studovány morfologické vlastnosti, struktura, porozita, botnání, stabilita, chemické složení, teplota denaturace a biologické vlastnosti. K charakterizaci byly použity metody rastrovací elektronová mikroskopie, infračervená spektroskopie, diferenční kompenzační kalorimetrie a konfokální mikroskop. Připravené kolagenové substráty obohaceny bioaktivním aditivem a destičkovým lyzátem mohou být využity v biomedicíně jako skafoldy pro růst buněk v systémech s nízkou mechanickou zátěží.
|
guest ::
