F7PMLZBTI - Základy buněčného a tkáňového inženýrství

Cílem předmětu je seznámení posluchačů se základy a metodami práce s buněčnou kulturou a s jejich využitím jednak jako modelovou náhradou za in-vivo experimenty a také jako prostředek pro přípravu umělých tkáňových a orgánových náhrad pomocí metod tkáňového inženýrství. Z hlediska základních postupů bude řešena problematika získání buněčné kultury různých fenotypů, vhodné kultivační podmínky, kultivační média, přístrojové vybavení. Pro aplikační vyžití budou řešeny substráty, biomateriály a decelularizované nosiče vhodné pro růst buněk, využití kultivačních sytému a bioreaktorů z hlediska simulace fyziologických podmínek a jejich přínos pro podporu buněčné proliferace a diferenciace pro potřeby vývoje umělých náhrad tkání a orgánů a technologie 3D biotisku. Součástí předmětu bude také řešena problematika legislativy a regulatorních podmínek v souvislosti s využitím tkáňového inženýrství pro přípravu umělých náhrad a přípravků moderní terapie.

V rámci praktických laboratorních cvičení budou realizována témata spojená se základy práce s buněčnou kulturou, prací ve sterilních podmínkách; přípravou kultivačních médii; zobrazení buněčné morfologie pomocí fluorescenční mikroskopie a histologického barvení; izolace buněčné kultury; přípravy dvou a třírozměrných nosičů na bázi nanovláken a hydrogelů a jejich nasazení do kultivačních bioreaktorů; 3D biotisk.

Forma ověření studijních výsledků: Zápočet – docházka na cvičení a vedení laboratorního deníku. Písemná zkouška formou testu (10 otázek s více správnými možnostmi) a 4 metodické příklady. Studenti mohou mít ke zkoušce vlastní laboratorní deník a poznámky z přednášek.

Požadavky na studenta: Povinná docházka na laboratorní cvičení, vedení laboratorního deníku k daným laboratorním experimentům. Laboratorní deník nahrazuje protokol a je podmínkou pro získání zápočtu.

1.Buněčné kultury, význam, historie, možností využití v regenerativní medicíně, nutné přístrojové vybavení.

2.Získání buněčné kultury z tkáně, primokultury, buněčné linie, kmenové buňky a jejich charakterizace.

3.Substráty pro růst buněk, kultivační média, růstové faktory a jejich vliv na vývoj kultury.

4.Tkáňové inženýrství, biomateriály, umělé náhrady s buněčnou kulturou, decelularizace, 3D biotisk.

5.Kultivační systémy a bioreaktory, dynamická kultivace buněk, stimulace buněčné kultury pro podporu proliferace a diferenciace.

6.Legislativa spojená s tkáňovým inženýrstvím, přípravky moderní terapie, GMP/GLP.

1.Příprava prostoru pro práci ve sterilních podmínkách, příprava a sterilizace médií a dalších roztoků, základy práce v laminárním boxu.

2.Pasážování buněčné kultury, nasazení adherentní kultury na planární nosič, hustota násady.

3.Fixace vzorku, permeabilizace membrány, blokování protilátek, fluorescenční značení jader.

4.Imunofluorescenční barvení pomocí primární a sekundární protilátky, zobrazení fluorescenční mikroskopií.

5.Příprava kompozitního 3D nosiče na bázi nanovláken a kolagenu.

6.Příprava hydrogelu s inkorporovanou buněčnou kulturou a nasazení jako 3D substrát.

7.Izolace buněčné kultury z tkáně – kmenové buňky z tukové tkáně.

8.Příprava modelu a následný 3D biotisk buněčné kultury na připravený nanovlákenný nosič.

9.Příprava a osazení substrátu do tlakově stimulačního reaktoru.

10.Příprava a osazení substrátu do průtokového reaktoru, kultivace ve smykovém napětí.

11.Deceluarizace tkáně.

12.Histologické barvení preparátu, deparafinace, barvení HE.

Povinná literatura:

ŠEBEK, Jaroslav. Buněčné kultury v medicíně. Praha: Galén, 2018. ISBN 978-80-7492-380-7.

VYMĚTALOVÁ, Veronika. Biologie pro biomedicínské inženýrství – laboratorní cvičení. Praha: ČVUT, 2015. ISBN 978-80-0105-187-0.

OKYTA, Richard et al. Fyziologie. 3. přeprac. vyd. Praha: Galén, 2016. ISBN 978-80-7492-238-1.

Doporučená literatura:

BRONZINO, Joseph D. The Biomedical Engineering Handbook. First edition, Boca Raton: CRC Press, 2000. ISBN 0-8493-0461-0.

VEMURI, Mohan C., CHASEm Lucas G. a Mahendra S. RAO. Mesenchymal stem cell assays and applications. First edition, Humana Press/Springer, 2011. ISBN 978-1-60761-998-7.

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