|
|
GENOTOXICITY OF NANOMATERIALS IN BEAS-2B CELLS ANALYZED BY THE IN VITRO MICRONUCLEUS ASSAY
Rössnerová, Andrea ; Červená, Tereza ; Brzicová, Táňa ; Vrbová, Kristýna ; Sikorová, Jitka ; Topinka, Jan ; Rössner ml., Pavel
The tremendous increase of the use of nanomaterials (NMs) has been witnessed during the last decade in many areas of human life including the chemical industry, cosmetics, biomedicine or food technology. The variety of NMs, their unique properties, almost ubiquitous presence and the size range of 1-100 nm raised the interest of toxicologists. The evaluation of the frequency of micronuclei (MN) as a result of the genotoxic events is a broadly utilized and well-established approach in in vitro studies for testing the risk of chemical exposure. Nevertheless, properties of the NMs give rise to the questions concerning the optimal methodological variants of the MN assay. \n\nIn our study, five types of well-characterized NMs (TiO2: NM-101 and NM-103, SiO2: NM-200, Ag: NM-300K and NM-302) of specific size, shape, or e.g. dimensions of aggregates were involved in the genotoxicity testing using four variants of protocols differing in the time of NM exposure, application of cytochalasin-B combined with simultaneous and delayed co-treatment with nanoparticles (NPs). Bronchial epithelial cells (BEAS-2B) were used in this study to fulfil these tasks. Presence of NPs was controlled by transmission electron microscopy (TEM). \n\nObtained results showed the different genotoxic potential of the various TiO2 and Ag NMs (NM-101< NM-103 and NM-300K> NM-302, respectively). Comparison of all testing strategies revealed, that the level of DNA damage can differ based on the time of exposure and the methodological approach. In general, using cytochalasin-B led most frequently to the increase of the genotoxic potential of the tested NMs.
|
|
|
WHOLE-GENOME EXPRESSION ANALYSIS IN THP-1 MACROPHAGE-LIKE CELLS EXPOSED TO DIVERSE NANOMATERIALS
Brzicová, Táňa ; Líbalová, Helena ; Vrbová, Kristýna ; Sikorová, Jitka ; Philimonenko, Vlada ; Kléma, J. ; Topinka, Jan ; Rössner ml., Pavel
From the perspective of the immune system, nanomaterials (NMs) represent invading agents. Macrophages are immune cells residing in all organs and tissues as the first line of defense. Interactions of macrophages with NMs can determine the fate of NMs as well as their potential toxic effects. In the present study, we compared toxicity of four different types of NMs [NM-100 (TiO2, 110 nm), NM-110 (ZnO, 20 nm), NM-200 (SiO2, 150 nm) and NM-300K (Ag, 20 nm)], towards THP-1 macrophage-like cells. Cells were incubated with non-cytotoxic concentrations (1-25 mu g/ml) of NMs for 24 hours and microarray technology was used to analyze changes in whole-genome expression. Gene expression profiling revealed a substantially different molecular response following exposure to diverse NMs. While NM-100 did not exert any significant effect on gene expression profile, all other NMs triggered a pro-inflammatory response characterized by an activation of the NF-kappa B transcription factor and induced expression of numerous chemokines and cytokines. NM-110 and NM-300K further modulated processes such as DNA damage response, oxidative and replication stress as well as cell cycle progression and proteasome function. We suppose that genotoxicity of ZnO and Ag NMs leading to DNA damage and alternatively to apoptosis in THP-1 macrophages is probably caused by the extensive intracellular dissolution of these NPs, as confirmed by TEM imaging.
|
|
|
Toxicita nulamocného nanoželeza a jeho osud v životním prostředí
Semerád, Jaroslav
Elementární nanoželezo označované jako nulamocné nanoželezo (nanoscale zerovalent iron - nZVI) patří dnes již k běžně používaným materiálům v sanační praxi. Přestože celosvětové aplikace ukazují jeho vysokou efektivitu při degradaci a imobilizaci různých organických i anorganických polutantů, potenciálně negativní vliv nZVI na exponované organismy nebyl doposud dostatečně prozkoumán. Pro zhodnocení environmentálního rizika spojeného s aplikací tohoto materiálu je nutné především porozumět mechanismům jeho toxicity a celkovému vlivu na rezidentní mikrobiální společenstva. Tato práce se věnuje sumarizaci dosavadních znalostí o toxicitě nZVI a vývoji nových testů pro in vitro srovnávání akutní toxicity nově vyvíjených derivátů tohoto materiálu. Dále je v rámci této práce hodnoceno i riziko těchto materiálů spojené s vývojem toxicity v průběhu času - stárnutí nZVI. V poslední části je sledován a hodnocen vliv různých modifikací nZVI na mikrobiální společenstva v reálně kontaminované půdě s uměle vytvořenými mikrokosmy. Zároveň je v této části dále hodnocen potenciál materiálů na bázi nZVI pro využití v kombinaci s biostimulačním krokem při nanobioremediacích.
|
|
|
Toxicita nulamocného nanoželeza a jeho osud v životním prostředí
Semerád, Jaroslav ; Cajthaml, Tomáš (vedoucí práce) ; Uhlík, Ondřej (oponent) ; Kočí, Vladimír (oponent)
Elementární nanoželezo označované jako nulamocné nanoželezo (nanoscale zerovalent iron - nZVI) patří dnes již k běžně používaným materiálům v sanační praxi. Přestože celosvětové aplikace ukazují jeho vysokou efektivitu při degradaci a imobilizaci různých organických i anorganických polutantů, potenciálně negativní vliv nZVI na exponované organismy nebyl doposud dostatečně prozkoumán. Pro zhodnocení environmentálního rizika spojeného s aplikací tohoto materiálu je nutné především porozumět mechanismům jeho toxicity a celkovému vlivu na rezidentní mikrobiální společenstva. Tato práce se věnuje sumarizaci dosavadních znalostí o toxicitě nZVI a vývoji nových testů pro in vitro srovnávání akutní toxicity nově vyvíjených derivátů tohoto materiálu. Dále je v rámci této práce hodnoceno i riziko těchto materiálů spojené s vývojem toxicity v průběhu času - stárnutí nZVI. V poslední části je sledován a hodnocen vliv různých modifikací nZVI na mikrobiální společenstva v reálně kontaminované půdě s uměle vytvořenými mikrokosmy. Zároveň je v této části dále hodnocen potenciál materiálů na bázi nZVI pro využití v kombinaci s biostimulačním krokem při nanobioremediacích.
|
|
|
Izolace uhlíkových nanočástic z jihomoravského lignitu
Drozdová, Miroslava ; Enev, Vojtěch (oponent) ; Pekař, Miloslav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce pojednává o problematice izolace uhlíkových nanočástic z lignitu, který se zdá být jejich levným zdrojem. Cílem práce je vypracovat rešerši na téma využití uhelných matric jako zdroje uhlíkatých nanočástic a také navrhnout a provést další experimenty testující využitelnost jihomoravského lignitu. Na základě literární rešerše byl pro získání uhlíkových nanočástic z lignitu navržen jednoduchý mechanochemický postup. Lignit byl mechanicky namáhán ultrazvukovým dezintegrátorem za současného působení vody nebo peroxidu vodíku. Z lignitu se povedlo izolovat částice fluoreskující v modré oblasti viditelného světla, postup ale bude potřeba dále upravit. Jihomoravský lignit by však mohl být zdrojem uhlíkových nanočástic.
|
|
|
Diagnostika diafragmového výboje ve vodných roztocích a jeho aplikace pro povrchovou úpravu nanomateriálů
Dřímalková, Lucie ; Brablec, Antonín (oponent) ; Janda,, Mário (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Přesný mechanizmus samotného zapálení výboje v roztocích není dosud znám, ačkoli v posledních několika letech došlo k velkému pokroku a přiblížením, z nichž některá jsou nastíněna v teoretické části práce. Tato práce je rozdělena na dvě experimentální části. První část se zabývá diagnostikou diafragmového výboje v roztocích elektrolytů a druhá část je zaměřena na jeho využití k rozpadu aglomerátů (vyšší homogenizaci distribuce) uhlíkových nanotrubek v roztocích. V experimentu 1 se k diagnostice diafragmového výboje v roztocích elektrolytu používaly tři různě velké reaktory (4 l, 100 ml, 50 ml) s diafragmovou konfigurací. Diagnostika probíhala pomocí časových záznamů proudu a napětí s doplněním synchronizovaných snímků z ICCD kamery, které byly zapojeny do čtyřkanálového osciloskopu. V-A charakteristiku lze popsat pomocí tří dějů probíhajících v roztoku elektrolytu za postupného zvyšování napětí. Za postupného zvyšování napětí v roztoku dochází nejdříve k elektrolýze. Další fáze je tvorba mikrobublin či bublin, která je na křivce charakteristická mírným poklesem nárůstu procházejícího proudu. Prudkým nárůstem procházejícího proudu je zase charakteristická poslední fáze a to výbojová fáze. Vzdálenost elektrod od diafragmy nijak významně neovlivňuje V-A charakteristiku. S vyšším průměrem dírky prochází vyšší proud, což však nemá vliv na počátek generace bublin či zápalné napětí. Čím je tloušťka diafragmy vyšší, tím je potřeba vyšší napětí k počátku generace bublin a následně i k zapálení výboje. Porovnáním napětí počátku generace bublin a zápalných napětí pro PET diafragmy a diafragmy z keramiky nebyl zjištěn žádný zásadní rozdíl. Jedním z nejdůležitějších parametrů je vodivost roztoku elektrolytu. Čím vyšší je vodivost roztoku, tím je potřeba nižší napětí pro počátek generace bublin a také dochází ke generaci výboje při nižším zápalném napětí. Druhá experimentální část je zaměřena na zkoumání vlivu diafragmového výboje na uhlíkové nanotrubky. Pro úpravu uhlíkových nanočástic se používá speciálně navržený reaktor ve tvaru U. Jako elektrolytický roztok je používána vodovodní voda a vodné roztoky organických sloučenin. Výboj je generován pomocí nepulzního stejnosměrného zdroje s napětím v rozmezí 0 – 2,8 kV přiváděným na platinové elektrody umístěné v roztoku elektrolytu. Výsledky měření prokázaly, že diafragmový výboj má pozitivní účinky na rozmotání shluků a aglomerátů uhlíkových nanotrubek. Primární účinek na rozmotání mají pravděpodobně rázové vlny generované výbojem. Ukázalo se, že ošetření plazmatem v katodovém a anodovém prostoru se liší. Ošetření plazmatem v anodovém prostoru má mnohem vyšší účinky než v katodovém. Účinky rozmotání uhlíkových nanotrubek roztoku jsou dlouhodobé a neztrácí svůj efekt ani po několika měsících. Pomocí infračervené spektroskopie nebyly zjištěny žádné významné změny ve struktuře plazmatem ošetřených nanotrubek.
|
|
|
Studium mikrostruktury uhlíkových nanomateriálů pomocí rentgenové difrakce
Machovec, Petr ; Dopita, Milan (vedoucí práce) ; Horák, Lukáš (oponent)
Název práce: Studium mikrostruktury uhlíkových nanomateriálů pomocí rentgenové difrakce Autor: Petr Machovec Katedra: Katedra fyziky kondenzovaných látek Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Milan Dopita, Ph.D., Katedra fyziky kondenzovaných látek Abstrakt: Předkládaná práce se zabývá studiem mikrostruktury, struktury a reálné struktury turbostratického uhlíku a uhlíkových nanotrubic pomocí metod rozptylu rentgenového záření. Klastry turbostratického uhlíku jsou popsány pomocí sady fyzikálních parametrů. Pomocí počítačových simulací je popsán vliv těchto parametrů na výslednou rozptylovou křivku. Dále je předkládán popis dvou typů uhlíkových nanotrubic a je popsán vliv typu a rozměrů uhlíkových nanotrubic na výslednou rozptylovou křivku. Pro experimentální část práce byla připravena série vzorků turbostratického uhlíku žíhaného při teplotách 300℃, 600℃, 800℃, 1000℃, 1200℃, 1400℃ a 1800℃. Pomocí maloúhlového rozptylu rentgenového záření byla určena velikost nanočástic a jejich rozdělení, velikost mikropórů, specifický povrch a dimenze povrchového fraktálu. Další fyzikální parametry jako velikosti a rozdělení velikostí klastrů La a Lc turbostratické uhlíku, mřížové parametry a a c a střední kvadratické výchylky atomů ve směru grafenových vrstev a ve směru kolmém byly určeny z širokoúhlových rentgenografických...
|
|
|
Functionalized Polystyrene Nanomaterials for Biomedicinal Applications
Dolanský, Jiří ; Mosinger, Jiří (vedoucí práce) ; Dědic, Roman (oponent) ; Zimčík, Petr (oponent)
V současné době se významně zvyšuje riziko bakteriálních infekcí způsobených bakteriálními kmeny, které jsou rezistentní vůči antibiotikům. Proto je nesmírně důležité zkoumat způsoby, jež mohou tento problém překonat. Předložená práce se zabývá přípravou, charakterizací a analýzou antibakteriálních vlastností polystyrenových nanomateriálů (nanovlákenných membrán a nanočástic) modifikovaných sloučeninami, které jsou schopny vysoce účinně inhibovat růst bakterií, ať už přímo (polyethylenimin) nebo fotoaktivací viditelným zářením (NO-fotodonory, fotosensitizery) a následnou produkcí vysoce reaktivních anorganických baktericidních částic, oxidu dusnatého (NO) a singletového kyslíku (O2(1 g)). Všechny připravené materiály byly plně charakterizovány několika na sobě nezávislými metodami. Koncentrace produkovaného NO a O2(1 g) byly studovány amperometrickými a časově rozlišenými spektroskopickými technikami a sérií chemických analytických metod. Vzhledem k přítomnosti baktericidních sloučenin a účinné fotogeneraci NO a O2(1 g) za fyziologických podmínek vykazují všechny materiály vysoký antibakteriální účinek testovaný na Gram-negativním bakteriální kmeni Escherichia coli. V práci uvedené funkcionalizované polymerní nanomateriály mohou být potenciálně zajímavé pro lékařské, biologické či ekologické...
|
|
| |
|
|
Adhesion, growth and differentiation of osteoblasts and mesenchymal stromal cells on biocompatible nanomaterial surfaces
Brož, Antonín ; Hubálek Kalbáčová, Marie (vedoucí práce) ; Černý, Jan (oponent) ; Kylián, Ondřej (oponent)
Tato dizertační práce je založena na článcích popisujících základní výzkum uhlíkových nanomateriálů pro možné užití v biomedicíně. Cílem této práce bylo popsat způsob, kterým lidské osteoblasty (linie SAOS-2) a primární lidské mesenchymální kmenové buňky (hMSC) adherují, rostou a jak se chovají na povrchu několika uhlíkových alotropů - nanokrystalickém diamantu (NCD), filmu z jednostěnných uhlíkových nanotub (SWCNT) a grafenu. Využití uhlíku jako základního materiálu slibovalo vysokou biokompatibilitu a možnost užitečných modifikací povrchu. NCD měl upravenou nanotopografii povrchu (nanodrsnost a nanostrukturování suchým leptáním). Všechny materiály měly pak upravenou povrchovou atomární terminaci kyslíkem a vodíkem, která mění povrchovou elektrickou vodivost, povrchový náboj a smáčivost. Bylo předpokládáno, že terminace může mít také vliv na buněčnou adhezi a proliferaci. Ukázalo se, že studované materiály je vskutku možné použít jako substrát pro kultivaci výše zmíněných adherentních buněčných typů. Různé nanodrsnosti povrchu NCD měly rozdílný vliv na adhezi a metabolickou aktivitu diferencovaných SAOS-2 a nediferencovaných hMSC. Nanostrukturování NCD ovlivnilo formování fokálních adhezí buněk. Povrchové terminace NCD a dalších studovaných nanomateriálů v součinnosti s proteiny fetálního...
|
host ::
RSS.