Termosenzitivní hydrogely pro buněčné aplikace
Loading...
Date
Authors
Dzurov, Matej
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
Tato disertační práce se zaměřuje na teplocitlivé kopolymery tvořící hydrogely a jejich využití ve specializovaných aplikacích souvisejících s buňkami, jako je imobilizace buněk v propustných hydrogelových matricích a trojrozměrná (3D) kultivace buněk, s důrazem na udržení vysoké buněčné viability v průběhu času. Práce začíná přehledem současného stavu poznání v oblasti chemie hydrogelů, zkoumá základy zesíťování, syntézy a významné příklady používané ve výzkumu a laboratorní praxi. Dále identifikuje výhody a omezení stávajících materiálů a stanovuje jasné cíle pro zlepšení jejich vlastností tak, aby byly překonány současné nedostatky. Kapitola 3 zkoumá teplocitlivé triblokové kopolymery složené z monomerů laktidu, glykolidu a polyethylenglykolu jako imobilizační matrice pro bioreaktorem asistované in-cell NMR aplikace ve strukturní biologii. Studie prezentuje data, která ukazují, že tyto kopolymery vykazují srovnatelné chování se současně používanými materiály, a navíc umožňují reverzibilní uvolnění buněk po NMR experimentech. Tato schopnost usnadňuje následné analýzy, což umožňuje získat kompletní metabolický profil a posoudit buněčnou vitalitu před i po experimentu. Kapitola 4 zkoumá teplocitilivé kopolymerní systémy na bázi poly(N-isopropylakrylamidu) a polyethylenglykolu v triblokové a diblokové topologii a také kombinace jejich vodných roztoků. Jako modifikační činidlo byl syntetizován konjugát polymeru s buněčně adhezivním peptidem a následně hodnocen jeho vliv na efektivitu 3D kultivace buněk v navrženém hydrogelovém systému. Zjištění potvrzují, že tento kopolymerní systém podporuje 3D růst buněk HEK293T při zachování vysoké buněčné životaschopnosti. Navíc systém umožňuje snadné teplotně indukované uvolnění buněk. Inkorporace konjugátu s buněčně adhezivním peptidem rovněž zlepšuje velikost a kvalitu struktur vytvořených v hydrogelové matrici. Tento výzkum posouvá poznání a využití teplocitlivých hydrogelů pro aplikace v oblasti specializované kultivace a imobilizace buněk. Poskytuje nové řešení výzev v oblasti použití materiálů, životaschopnosti buněk a experimentální flexibility.
This dissertation focuses on thermosensitive hydrogel-forming copolymers and their application in specialized cell-related settings, such as cell immobilization within permeable hydrogel matrices and three-dimensional (3D) cell culture, with an emphasis on maintaining high cellular viability over time. The thesis begins by reviewing the current state of the art in hydrogel chemistry, examining the fundamentals of crosslinking, synthesis, and notable examples from research and laboratory practice. Next, the advantages and limitations of existing materials are identified, establishing clear objectives for improving material performance to address current shortcomings. Chapter 3 investigates temperature-responsive triblock copolymers composed of lactide, glycolide, and poly(ethylene glycol) monomers as immobilizing agents for bioreactor-assisted in-cell NMR applications in structural biology. The study presents data demonstrating that these copolymers perform comparably to currently used materials while offering an additional benefit: the reversible recovery of cells after NMR experiments. This capability enables downstream analyses, allowing for the acquisition of a complete metabolic profile and the assessment of cellular vitality both before and after the experiment. Chapter 4 explores thermosensitive copolymer systems based on poly(N-isopropyl acrylamide) and poly(ethylene glycol) in triblock and diblock topologies, as well as combinations of their aqueous solutions. A cell-adhesive peptide-polymer conjugate was synthesized as a modifying agent and evaluated for its influence on 3D cell culture efficiency within the proposed hydrogel setup. The findings confirm that this copolymer system supports the 3D growth of HEK293T cells while maintaining high cell viability. Furthermore, the system facilitates easy, temperature-induced cell release. The incorporation of the cell-adhesive peptide-polymer conjugate also improves the size of the structures formed within the hydrogel matrix. In summary, this research advances the understanding and utility of thermosensitive hydrogels for applications in niche cell culture and immobilization applications, providing novel solutions to challenges in material performance, cell viability, and experimental flexibility.
This dissertation focuses on thermosensitive hydrogel-forming copolymers and their application in specialized cell-related settings, such as cell immobilization within permeable hydrogel matrices and three-dimensional (3D) cell culture, with an emphasis on maintaining high cellular viability over time. The thesis begins by reviewing the current state of the art in hydrogel chemistry, examining the fundamentals of crosslinking, synthesis, and notable examples from research and laboratory practice. Next, the advantages and limitations of existing materials are identified, establishing clear objectives for improving material performance to address current shortcomings. Chapter 3 investigates temperature-responsive triblock copolymers composed of lactide, glycolide, and poly(ethylene glycol) monomers as immobilizing agents for bioreactor-assisted in-cell NMR applications in structural biology. The study presents data demonstrating that these copolymers perform comparably to currently used materials while offering an additional benefit: the reversible recovery of cells after NMR experiments. This capability enables downstream analyses, allowing for the acquisition of a complete metabolic profile and the assessment of cellular vitality both before and after the experiment. Chapter 4 explores thermosensitive copolymer systems based on poly(N-isopropyl acrylamide) and poly(ethylene glycol) in triblock and diblock topologies, as well as combinations of their aqueous solutions. A cell-adhesive peptide-polymer conjugate was synthesized as a modifying agent and evaluated for its influence on 3D cell culture efficiency within the proposed hydrogel setup. The findings confirm that this copolymer system supports the 3D growth of HEK293T cells while maintaining high cell viability. Furthermore, the system facilitates easy, temperature-induced cell release. The incorporation of the cell-adhesive peptide-polymer conjugate also improves the size of the structures formed within the hydrogel matrix. In summary, this research advances the understanding and utility of thermosensitive hydrogels for applications in niche cell culture and immobilization applications, providing novel solutions to challenges in material performance, cell viability, and experimental flexibility.
Description
Citation
DZUROV, M. Termosenzitivní hydrogely pro buněčné aplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
Dr. Stefan Baudis (člen)
Mgr. Zuzana Kroneková, Ph.D. (člen)
Mgr. Juraj Kronek, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2025-05-14
Defence
Disertační práce Ing. Dzurova se zaměřuje na teplocitlivé kopolymery tvořící hydrogely a jejich využití ve specializovaných aplikacích souvisejících s buňkami, jako je imobilizace buněk v propustných hydrogelových matricích a trojrozměrná (3D) kultivace buněk, s důrazem na udržení vysoké buněčné viability v průběhu času. Téma je dnes velice aktuální a stanovené cíle byly splněny. Disertační práce je dobře napsaná, obsahuje všechny požadované části, jako jsou přehled současného stavu poznání, materiály a metodika, výsledky, závěr a budoucí perspektivy. Ve své disertační práci Ing. Dzurov významně přispěl k oblasti syntézy termoresponzivních polymerů a jejich aplikací. Konkrétně rozšířil znalosti v této oblasti zkoumáním buněčných procesů pomocí in-cell NMR. Význam těchto výzkumů byl dále podtržen publikací částí práce v relevantních recenzovaných odborných časopisech. V průběhu obhajoby Ing. Dzurov prokázal hluboké vědomosti ve zkoumané problematice. Na dotazy oponentů a členů komise odpověděl výborně.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení