Výzkum

Výzkum Pracovníci Přístrojové vybavení Publikace

 

Charakteristika oddělení

V oddělení Biomateriálů a bioanalogických systémů se zkoumají nové polymerní biomateriály a syntetické makromolekulární systémy vykazující některé zajímavé vlastnosti systémů biologických. Základem je studium interakcí, ke kterým dochází na rozhraní mezi povrchem biomateriálu a živými buňkami, tkáněmi či biologickými tekutinami. Bio-aktivní povrchy vykazující specifické biologické interakce na molekulární úrovni jsou základem pro přípravu podpůrných struktur, polymerních nosičů buněk, využitelných pro regeneraci tkání a tkáňové inženýrství, nebo systémů s řízeným uvolňováním léčiv. Mezioborovému zaměření výzkumu odpovídá i personální složení týmu, který zahrnuje jak specialisty v organické chemii, fyzikální chemii polymerů či chemickém inženýrství, tak i v biofyzice a biochemii.

Zaměření výzkumných projektů

Z hlediska studovaných materiálů se výzkum zaměřuje zejména na biodegradovatelné polymery, tj. polymery plně rozložitelné biologickými mechanismy, jejich syntézu a charakterizaci. Ze syntetických polymerů jsou předmětem studia polymery na bázi syntetických polyaminokyselin, (PAA), s hlavním řetězcem tvořenými peptidickými vazbami, nebo alifatické polyestery, zejména polymery kyseliny mléčné, tj. polylaktidy, (PLA). Z přírodních polymerů se zaměřujeme na biomateriály na bázi polysacharidů tj. kyseliny hyaluronové, alginátu, kefiranu. Na bázi hydrofilních polymerů jsou např. technikou kryogelace připravovány degradovatelné hydrogely s makroporézní strukturou a zkoumají se možnosti jejich využití jako podpůrných materiálů pro regeneraci měkkých tkání.  

Dále pak je zkoumána příprava enzymaticky síťovaných injikovatelných hydogelů, které by vedle podpory buněčné adheze umožnily i kontrolovanou imobilizaci a uvolňování biologicky aktivních látek (např. růstových faktorů) analogicky k funkci mezibuněčné hmoty tj. v závislosti na proteolytické aktivitě přítomných buněk a podporovaly tak diferenciaci kmenových buněk do požadované tkáně.
 
Povrchy polymerních nosičů (scaffolds) určených po osazení buňkami k vytvoření tkáňových náhrad jsou modifikovány organizovanýmihttp://www.imc.cas.cz/umch/sites/Image/206/focal_adheze-cz.jpg soubory biologických makromolekul (heparin, kolageny, laminin, fibronektin) napodobujících mezibuněčnou hmotu, tak jejich fragmenty zodpovědnými za interakci protein-buňka (krátkými biomimetickými peptidy) nebo fibrinovými nanostrukturami rostoucími u povrchu katalytickým působením povrchově vázaného trombinu.

Postupnou depozicí a aktivací fibrinogenu a řízenou tvorbou fibrinu byly např. modifikovány nanovlákenné membrány na bázi polylaktidu pro kultivaci a následnou transplantaci buněk sítnicového pigmentového epitelu sítnice pro léčbu degenerativních chorob sítnice, jako je věkem podmíněná makulární degenerace.

Struktura fibrinového potahu (a) naneseného na polylaktidovou nanovlákennou membránu (b) zobrazená konfokálním rastrovacím mikroskopem v ploše membrány. Spojené zobrazení struktur (c) a optický XZ řez membránou (d).

 

Tvorba bio-materiálových rozhraní, např. deposicí proteinů nebo chemickou modifikace povrchů biomimetickými peptidy a vlastnosti takto modifikovaných povrchů jsou studovány řadou fyzikálních metod. Vedle metod pro charakterizaci topografie jako profilometrie, mikroskopie atomárních sil (AFM) a rastrovací elektronová mikroskopie, jsou povrchy charakterizovány spektroskopickými metodami XPS a FTIR- ATR a radioanalytickými metodami. Pro stanovení tlouštěk povrchových vrstev se využívá spektroskopické elipsometrie. Pro studium interakcí povrchů s biomakromolekulami in situ  jsou k dispozici metody resonance povrchového plazmonu a křemenná mikrováha (QCM-D).

http://www.imc.cas.cz/umch/sites/Image/206/focal_adheze-cz.jpg

 

Biologické vlastnosti  systémů obsahujících biologicky aktivní funkční struktury, např.  molekuly ovlivňující adhezi buněk k povrchu polymeru jsou testovány ve spolupráci s biologickými a lékařskými pracovišti a společně jsou vyvíjeny nové biomateriály pro buněčnou terapii a regeneraci tkání, protetických materiálů pro náhrady cév,  regeneraci chrupavky a kostí.

 

Běžící grantové projekty

Materiály s nanostrukturovaným povrchem pro biomediciální aplikace, GAČR 2016-2018, 16-02702S

Injikovatelné hydrogely na bázi polypeptidů napodobující dynamické procesy mezibuněčné hmoty, GAČR 2018-2020, 18-03224S

Experimentální transplantace buněk retinálního pigmentového epitelu na modelu velkého zvířete, GAČR 2018-2020, 18-04393-S

Modelování tkáně plic pomocí 3D tisku lidských progenitorových buněk, GAČR 2018-2020, 18-05510S

 

Spolupráce

Ústav histologie a embryologie, Lékařská Fakulta, Masarykova univerzita (Doc. Aleš Hampl)

Oddělení Biomateriálů a tkáňové inženýrství, Fyziologický ústav AV ČR, Praha (Dr. Lucie Bačáková)

Laboratoř buněčné regenerace a plasticity, Ústav živočišné fyziologie a genetiky AVČR, Liběchov (Dr. Zdenka Ellederová)

Dep. of Genetics and Bioengineering, Yedditepe University, Istanbul, Turecko (Prof. G. Kose)

Oddělení tkáňových kultur a kmenových buněk, Ústav experimentální medicíny AV ČR (Doc. Pavla Jendelová)

Laboratory of Stem Cell Therapies in Neurodegenerative Diseases, Research Center Principe Felipe”, Valencia, Spain (Dr. Slaven Erceg)

 

Centrum polymerních materiálů a technologií Otty Wichterla - CPMTOW

Centrum biomedicinálních polymerů - CBMP

Centrum polymerních senzorů - CPS

Polymery pro energetiku - EnergoLab


Ústav makromolekulární chemie AV ČR v.v.i.

Heyrovského nám. 2
162 06 Praha 6
tel:+420 296 809 111
fax:+420 296 809 410

Strategie 21