HROTKO, P. Vliv uspořádání vláken cytoskeletu na mechanickou odezvu výpočtového modelu živočišné buňky [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.

Posudek vedoucího

Burša, Jiří

Téma práce řeší výpočtové modelování deformací živočišné buňky s ohledem na její vnitřní strukturu, konkrétně vliv cytoskeletu na odezvu buňky při tlakové zkoušce. Diplomant začal s aktivní prací na zadání poměrně pozdě, takže byl po celou dobu ve značném časovém skluzu. Nakonec se mu podařilo podle vzoru z literatury a předchozích disertačních prací vytvořit fungující MKP model buňky kulového tvaru, který se vyskytuje při pěstování buněk v živném roztoku a na němž se provádějí některé její mechanické zkoušky. Pomocí tohoto modelu pak diplomant simuloval tlakovou zkoušku v rozsahu velkých deformací. Dosažených 25% stlačení je méně, než se dá dosáhnout u reálných buněk, kdy se významněji projevují některé specifické vlastnosti buněk a jejich strukturních složek. Větších deformací se však diplomantovi kvůli konvergenčním problémům a omezenému času nepodařilo dosáhnout. Provedené výpočty jsou v diplomové práci přiměřeně analyzovány z pohledu vlivu vlastností a uspořádání jednotlivých složek na mechanickou odezvu buňky a tím splňují požadavky zadání.

Posudek oponenta

Vaverka, Jiří

Pan Hrotko ve své diplomové práci vytvářel hybridní výpočtový model endotelové buňky a pomocí něj analyzoval vliv několika parametrů na mechanickou odezvu buňky při stlačování. Po úvodu a popisu problémové situace následuje kap. 2, v níž autor popisuje zejména strukturu a funkci endotelových buněk. Kapitola obsahuje poměrně velké množství informací a je zpracována pečlivě a přehledně. Akorát si lze již zde povšimnout, že použité zdroje nejsou v práci číslovány ani podle pořadí jejich prvního výskytu v textu, ani podle abecedy. Následující kap. 3 představuje nejběžnější mechanické zkoušky buněk a je taktéž zpracována pečlivě, některé části ale mohly být popsány o něco podrobněji. V Kap. 4 je uvedena klasifikace výpočtových modelů buněk. Zde bych uvítal obsáhlejší popis modelů nazvaných „Liquid drop model“ a „Power-law rheology model“. Mezi stěžejní části práce patří kap. 5 popisující tvorbu výpočtového modelu v prostředí Ansys. Autor zde píše, že pro všechny tři typy vláken cytoskeletu uvažoval lineárně elastickou odezvu a v Tab. 5.4 uvádí použité materiálové parametry. V tomto kontextu je však třeba zdůraznit, že při uvažování velkých deformací pracuje Ansys s modulem pružnosti netradičně jako s konstantou úměrnosti mezi Cauchyho napětím a logaritmickým přetvořením. Výsledná odezva tedy není lineárně elastická v klasickém pojetí. Prutový prvek LINK navíc podle oficiální dokumentace Ansysu zachovává při deformaci svůj objem, takže autorem předepsaný Poissonův poměr 0,3 ve skutečnosti nebyl ve výpočtech použit. Tyto skutečnosti samozřejmě autor neměl možnost nijak ovlivnit, takže jeho postup práce nijak nekritizuji, nicméně by je měl v textu zmínit. Autor je ale nezmiňuje, takže se domnívám, že o nich nejspíš ani neví. V celém textu jsou použity pouze pojmy „napětí“ a „přetvoření“ bez jakéhokoliv upřesnění. Autor dále předepisuje na některé prvky cytoskeletu počáteční přetvoření, ovšem i zde je třeba mít na paměti, že předepsané hodnoty Ansys interpretuje jako logaritmická přetvoření, což by mělo být v práci zmíněno. Tab. 5.3 obsahuje v porovnání s uvedenými zdroji desetkrát nižší hodnoty modulu pružnosti E jádra a cytoplazmy, což je nejspíš důsledek chybného převodu jednotek. Materiálové parametry cytoplazmatické membrány jsou zde zase uvedeny dvojnásobné. Další chyba je v Tab. 5.1, v níž jsou zaměněny poloměry jádra a cytoplazmy. Ani z formálního hlediska kapitola není bez nedostatků. Autor např. používá střídavě desetinnou čárku a tečku. U tabulek 5.2 a 5.4 by bylo vhodnější udělat z řádků sloupce a ze sloupců řádky. V kap. 6 jsou prezentovány výsledky výpočtů. Na základě nich autor mj. konstatuje, že vliv intermediárních filament a mikrotubulů na tuhost buňky je zcela zanedbatelný, což je ovšem předvídatelný závěr. Intermediárních filament je totiž v modelu jen 60, mají velmi malý průřez srovnatelný s ostatními typy vláken, ale o 3 řády nižší modul pružnosti. Autor navíc uvádí, že podle literatury by tato vlákna měla mít nenulovou tuhost až při přetvořeních nad 20 %, k čemuž prý v modelu nikde nedošlo, a proto byla hodnota snížena na 1 %. Osobně bych tuto mechanickou neaktivitu intermediárních filament využil spíš jako finální argument pro jejich úplné odstranění. Pokud jde o zakřivené mikrotubuly, těch je v modelu jen 30 a mají poloměr zakřivení odhadem více než 500krát větší než poloměr příčného průřezu. Takže např. napřímení mikrotubulu při zachování délky střednice vede ke vzniku podélných přetvoření maximálně 0,002, čemuž odpovídá napětí jen asi 2,4 MPa, což je hodnota srovnatelná s autorovými výsledky v obr. 6.5 (B). Zanedbatelný vliv soustavy mikrotubulů šlo tedy očekávat. Po formální stránce lze vytknout, že kapitoly 6.2 a 6.4 mají téměř stejné názvy. Bylo by proto vhodné je buď sloučit, anebo zvolit pro každou z nich konkrétnější název lépe vystihující její obsah. Celkově diplomovou práci hodnotím stupněm D. Je zřejmé, že autor vykonal poměrně velké množství práce; tvorba výpočtového modelu jistě nebyla jednoduchá. Literárních zdrojů si autor nastudoval dostatek. Na druhou stranu byl ale model vytvářen tak trochu bez rozmyslu. Chybné hodnoty v tabulkách svědčí o nedostatečné pečlivosti. K tvorbě modelu a k výsledkům autor přistupoval poněkud nekriticky. Lze se domnívat, že si nezjistil, s jakými napětími a přetvořeními výpočetní software pracuje nebo s jakými předpoklady jsou definovány použité prvky, což může vést k závažným omylům. Provedené simulace působí dojmem, že se zkrátka vypočítalo, co vypočítat šlo, bez nějaké hlubší koncepce. Ambiciózní cíl analyzovat „vliv uspořádání vláken cytoskeletu,“ avizovaný v názvu práce, je tedy oproti skutečně dosaženým výsledkům poněkud nadsazený.

eVSKP id 162470