WOJTEK, L. Výpočtové modelování mechanického chování živé buňky [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.

Posudek vedoucího

Jadrná, Lucie

Student pracoval na náročném mezioborovém tématu z oblasti biomechaniky buňky. Ve své práci se věnoval na našem ústavu dosud neřešenému tématu týkajícího se vlivu rozdílné tuhosti v tahu a v tlaku mikrotubulů na celkovou tuhost buňky. Pomocí hybridního výpočtového modelu živočišné buňky z předchozích prací provedených na našem ústavu byl v práci vyhodnocen vliv ohybové tuhosti na mechanickou odezvu živočišné buňky při zatížení simulujícím tlakovou zkoušku. Při vypracovávání DP se student dostal do časové tísně, kvůli které se nemohl důkladněji věnovat vypracovávaného tématu. Teoretický základ student zvládl obstojně, analytické části však věnoval podstatně méně úsilí, což je patrné z jejího rozsahu a zásadním způsobem ovlivňuje kvalitu práce. Vyhodnocení vlivu zjištěné efektivní tuhosti mikrotubulů na odezvu buňky postrádá detailnější popis vyhodnocení MKP výpočtu a jakoukoliv kvantifikaci výsledků. Tato část vyžaduje obsáhlejší rozbor, což považuji za zásadní nedostatek, který by bylo možné odstranit, pokud by student danou část předložil ke konzultaci.Kapitola 6 je z velké části převzata z disertační práce R. Lebiše, ta ale překvapivě není uvedená v seznamu literatury. Zbytek textu společně s výsledky MKP výpočtů jsou ale prokazatelně dílem autora DP. Práci i přes zmíněné nedostatky doporučuji k obhajobě a navrhuji známku D.

Posudek oponenta

Fuis, Vladimír

Diplomová práce se zabývá výpočtovým modelováním mechanického chování buňky. V rešeršní části práce se diplomant zaměřuje na topologii živočišné buňky, poté se zaměřuje na ohyb trubky, u které dochází k plastickým deformacím (obr. 11), což u mikrotubulů nenastává. Dále se zabývá ohybem mikrotubulů a následuje pasáž týkající se zkouškami mechanických vlastností buněk. Vhodnější by bylo problematiku ohybu řešit až po kapitole 6. Zkoušky mechanických vlastností buněk. Uvedené konstatování potvrzuje i skutečnost, že na konci v kap. 4 jsou uvedeny mechanické vlastnosti mikrotubulů, ale až v kap. 6 jsou popsány jednotlivé zkoušky, pro získání těchto mechanických vlastností. V rešeršní části práce postrádám pečlivější popis (např. v rovnicích (2) a (1) se vyskytuje parametr delta-x, který však není v textu popsán, co znamená), v tabulce 1 jsou uvedeny hodnoty modulů pružnosti E, chybí však informace, zda se jedná o modul pružnosti v tahu či tlaku a jak byly zjištěny, dále není v práci uvedeno, co znamená parametr delta v rovnici (9)). V diplomové práci je vhodné používat terminologii, která se používá na FSI, než vytvářet vlastní překlady citovaných článků pomocí překladače, takže na str. 30 místo G – smykový modul použít modul pružnosti ve smyku, místo I – druhý moment průřezové plocha A použít kvadratický moment příčného průřezu prutu, dále číselný faktor fs může nabývat hodnoty 1 +- 2, což znamená, že by mohl být i záporný, což však není možné. Vhodnější by bylo použít termín „kruhová tyč“, než „naplněný válec“ – v původním článku „filled cylinder“. V poslední rešerši týkající se ohybu mikrotubulů je uvedena rovnice (12), ve které je částečně vysvětlen jeden parametr (lambda-n), ale ostatní parametry zmíněny nejsou. Výsledkem rešerše je konstatování, že neexistuje možnost analytického výpočtu efektivního modulu pružnosti, což je diskutabilní. Po rešeršní části práce následuje kapitola s názvem „Výpočtový model živé buňky“, kde diplomant popisuje rozdíly mezi kontinuálním a diskrétním modelem buňky s tím že v práci využije model hybridní, který spojuje výhody obou zmíněných modelů. Na str. 49 se dostáváme k numerickému určování efektivního modulu pružnosti mikrotubulu, který však v diplomové práci není dostatečně popsán. V tabulce 2 se objevuje Poissonova konstanta, která nabývá hodnotu 0,3 bez dalšího vysvětlení a bez vazby na rešerše. V práci postrádám znázornění diskreditované trubky a popis makra, kterým bylo možné měnit geometrii mikrotubulu a polohu neutrální osy. Při analýze Grafu 1 je zmíněno, že posunutí neutrální osy v závislosti na modulu pružnosti v tlaku je nelineární, čtenář by určitě uvítal znázornění této závislosti. Obrázek 30 a 31 s popisem „výsledek ………“ asi není nejhodnější, v textu se naštěstí objevuje zpráva, že je zobrazeno napětí (asi normálové), ale dále není jasné, která část trubky je znázorněna (to ukazuje až další obrázek, že se jedná o pravý kraj modelu trubky). Popis zjištění efektivního modulu pružnosti na str. 52 a 53 je nejasný a čtenář musí hledat souvislosti v textu a v obrázcích. V poslední části práce diplomant převzal hybridní model buňky z disertační práce Dr. Jakky, přičemž jej upravil na simulaci tlakové zkoušky, zde postrádám, jaké úpravy byly provedeny. Následuje popis modelu geometrie, soupis materiálových charakteristik a okrajové podmínky. Otázkou je, proč je na obrázku 43 znázorněn průběh mechanické zkoušky i pro izolovanou buňku, když se řeší buňka přilnutá. Následuje srovnání získaných výsledků s výsledky experimentu podle publikace [34], které je povrchní. Komentář ke Grafu 6 na str. 65, kde je znázorněn průběh výpočtově a experimentálně zjištěných odezev chování přilnuté buňky, zní „Výsledná změna (tuhosti MT) však nedosahuje očekávané velikosti. Odstraněním všech složek cytoskeletu klesá tuhost výpočtového modelu přilnuté buňky v tlakové zkoušeče o 32 % [33].“. Zde diplomant srovnává nesrovnatelné, protože změnu tuhosti mikrotubulu srovnává v [33] s případem, kdy jsou z modelu buňky odstraněny všechny složky cytoskeletu, nikoli pouze mikrotubuly. Celkově je práce napsaná nesrozumitelně a obsahuje řadu míst, kde si musí čitatel domyslet souvislosti, některé důležité informace v práci chybí zcela. Po formální stránce práce obsahuje překlepy a vykazuje nejednotnost v psaní desetinné tečky či čárky, chybí mezery mezi hodnotami a jednotkami, místo mikrometrů se uvádějí „mikrony“. Literatura nemá jednotnou strukturu, položka 11 a 12 jsou totožné. V textu chybí odkaz na literaturu [40]. Některé věty nedávají smysl. Z hlediska splnění cílů práce: Bod č. 1. Rešerše možností analytického určení ohybové tuhosti válcové trubky z materiálu s různým modulem pružnosti v tahu a tlaku. – 2 strany se týkají ohýbání trubek a 2 strany ohybem mikrotubulů. Závěr rešerše je, že analytický výpočet efektivního modulu pružnosti je nereálný, což je diskutabilní. Bod. č. 2 Určení efektivní ohybové tuhosti válcové trubky z uvedeného materiálu zvolenou analytickou nebo numerickou metodou. To diplomant provedl, ale popis způsobu určení (kap. 7.2 na necelých 6-ti stranách) není v práci jasně řečen. Bod č. 3. Posouzení vlivu změny tuhosti mikrotubulů na odezvu buňky při vybrané mechanické zkoušce. Diplomant převzal výpočtový model buňky a upravil materiálovou charakteristiku mikrotubulu a okrajové podmínky a provedl výpočty (kap. 7.4 - opět na necelých 6-ti stranách) a pro srovnání zdokumentoval na průběhu síly při stlačování buňky. Analýza dalších parametrů v práci není, např. změna silového působení v mikrotubulech a další. Celkově je tedy možné konstatovat, že vlastní práce diplomanta je na 16-ti stranách, což mi na diplomovou práci připadá docela malý rozsah. Celkové hodnocení práce navrhuji E/F.

eVSKP id 145909