F7PMLNTB - Nanotechnologie v biomedicíně

Forma ověření studijních výsledků: cvičení: odevzdané výsledky cvičení, protokoly. Kontrolní testy.

zkouška: multiple choice test (30 otázek) z přednesených témat a témat probraných na cvičeních, součet bodů musí být víc nejméně 60 %, neúčast na určeném termínu omlouvají pouze závažné zdravotní komplikace doložené lékařským potvrzením. Další dozkoušení ústně.

Požadavky na studenta: 100 % účast na cvičeních, neúčast bude řešena seminární prací, kontroly znalostí před i během cvičení.

1.Definice nanočástic a nanomateriálů, historie a perspektiva nanotechnologií a jejich medicínské aplikace. Nanomateriály v přírodě: Přírodní nanomateriály a jejich přehled. Biomimetické a přírodou inspirované materiály. Příklady vybraných přírodních nanomateriálů.

Cílené doručování léčiv.

2.Doručování léčiv: Způsoby podávání léků, klasické dopravovaní léčiv, kontrolované dopravovaní léčiv. Cílené doručování léčiv. Základní principy. Pasivní cílení (EPR efekt), aktivní cílení, cílení ligandů.

3.Požadavky na doručovací systém. Typy nanodoručovacích systémů: micely a dendrimery, liposomy, nanodiamantové částice, nabité polymery, biodegradabilní částice. Multifunkční nosiče léčiv.

4.Biologické procesy a události spojené s cíleným doručováním léčiv. Interakce nanočástice s buněčnou membráno. Endocytóza, Mechanizmus přijetí buňkou. Kvantifikace míry přijetí (uptake) cílovou buňkou. Biodegradace a vylučování nanočástic. Hodnocení bezpečnosti systémů pro doručování léčiv.

5.DNA nanotechnologie jako nástroj doručování léčiv – case study.

Diagnostika a zobrazování.

6.Nanobiosenzory: Definice a základní části biosenzorů. Principy detekce. Příklady (nano)biosenzorů. Biomimetické membrány v nanosenzorech.

7.Nanočástice jako kontrastní činidlo: Základné principy MRI kontrastních činidel, MRI kontrastní činidla založené na magnetických nanočásticích. Další typy nanočástic pro MRI kontrastní činidla. Zlaté nanočástice jako kontrastní činidla pro CT. Povrchové modifikace zlatých nanočástic a jejich využití pro In vivo a in vitro zobrazování.

8.Uhlíkové nanotechnologie – vlastnosti, příprava, využití jako biosenzorů a kontrastních látek.

9.Kvantové tečky (QD) a fluorescenční nanodiamantové částice (fNDP) pro dlouhodobé monitorování buněčných procesů. Příprava a fyzikální princip fluorescence nanočástic. Srovnávání nanočástic s konvenčními fluorescenčními značkami. Povrchová funkcionalizace. Biokompatibilita. Příklady aplikací.

Bezpečnost

10.Bezpečnost práce s nanomateriály: Zdravotní efekty, Prevence rizik, předpisy a normy, Čisté prostory: Účel čistých prostor, klasifikace čistoty dle ISO 14644-1 a US FED STD 209E. Techniky zajištění čistoty. Požadavky na práci v čistých prostorách.

11.Přehled nanotechnologických materiálu a produktů dostupných na trhu nebo ve fázi klinického testování.

Témata laboratorních cvičení:

Téma laboratorních úloh bude přizpůsobeno současným trendům a bude sledovat osnovu přednášek.

Budou řešeny 2 laboratorní úlohy, každá s hodinovou dotací 6x2 hodiny:

•Sledování uvolnění léčiva z nanočástic do buňky.

•DNA nanotechnologie – design, sestavení, charakterizace systému.

1.–2. Princip úlohy, hledání vhodné literatury k tématu.

3.–4. Diskuse o literatuře a zhotovení protokolu experimentu.

5.–7. Provádění experimentu a zpracování dat (Sledování uvolnění léčiva z nanočástic do buňky).

8.–10. Provádění experimentu a zpracování dat (Srovnání vlastností různých typů nanočástic používaných v biologii a medicíně).

Povinná literatura:

•SCHMOOL, David. Nanotechnologies: The Physics of Nanomaterials. Apple Academic Press Inc. 2020. ISBN: 978177188949.

•FOJTÍK, Anton. Nano - fascinující fenomén současnosti: nanočástice, nanostruktury a nanotechnologie - důmyslné formy hmoty: od objevu fenoménu po biomedicínské aplikace. 1. vyd. Praha: COMTES FHT, 2014, 288 s. ISBN 978-80-260-7135-8.

Doporučená:

•HOŠEK, Jan. Úvod do nanotechnologie. V Praze: České vysoké učení technické, 2010. ISBN 978-80-01-04555-8.

•FILIPOVÁ, Zuzana, Jana KUKUTSCHOVÁ a Miroslav MAŠLÁŇ. Rizika nanomateriálů. V Olomouci: Univerzita Palackého, 2012. ISBN 978-80-244-3201-4.

•RAMSDEN Jeremy. Nanotechnology: An Introduction. 2nd edition. Oxford: Elsevier, 2016. ISBN 9780323393119.

• Navazující magisterský studijní program Biomedicínské laboratorní metody (povinný předmět)