Detail předmětu
Buněčné biotechnologie
FCH-MC_TBKAk. rok: 2024/2025
V rámci předmětu budou vysvětleny rozdíly mezi hlavními typy buněk využívanými v buněčných biotechnologiích, jejich specifika, výhody a nevýhody. Bude vysvětlen princip práce v tkáňové laboratoři a budou popsány hlavní metody buněčné biologie používané k identifikaci buněk, jejich kvantifikaci, kontrole fenotypu a další. Dále budou popsány principy buněčné biotechnologie vedoucí k různým produktům, mezi něž patří živý buněčný materiál (např. pro oblast regenerativní medicíny) a izolované molekuly včetně protilátek a růstových faktorů s využitím ve farmacii. Zmíněny budou i kmenové buňky, genové a buněčné terapie a využití buněk pro náhradu laboratorních zvířat pro testování bezpečnost a účinnosti nových léčiv. Opomenuty nebudou ani nejmodernější metody jako je CRISPR/Cas9 či bioprinting.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Účast na přednáškách není povinná, ale s ohledem na specifický charakter předmětu se doporučuje. Předmět je ukončen klasifikovaným zápočtem.
Průběžná práce v semestru: 1 krátká prezentace (3-4 min) a celkem 4 průběžné testy. Testy budou na 10-15 min, přibližně z poloviny tvořené otázkami s výběrem z možností (s 1 správnou odpovědí) a z druhé poloviny z volných otázek (s krátkou odpovědí).
Klasifikovaný zápočet bude udělen pouze v případě splnění těchto podmínek: 1. byla vypracována a přednesena krátká prezentace na zadané téma a 2. byly absolvovány min. 3 průběžné testy (z celkem 4). Výsledná klasifikace je dána váženým průměrem dvou hodnot: 1. průměru bodového hodnocení průběžných min. 3 písemných testů ze cvičení (váha 60 %) a 2. bodového hodnocení prezentace (váha 40 %).
Učební cíle
Cílem předmětu je poskytnout studentům přehled o moderních buněčných technologiích používaných v rámci buněčných a tkáňových kultur.
Studenti získají základní představu o struktuře a mechanismech fungování buněk. zejména rostlinných a živočišných. Zvládnou též metodické základy práce s tkáňovými kulturami a metody používané pro kultivace buněk včetně postupů k udržení dlouhodobé sterility kultur.
Dále budou studentům poskytnuty příklady biotechnologického využití buněk pro produkci protilátek, enzymů, hormonů a dalších farmaceuticky využitelných produktů. Získají též praktickou představu o základních technologických postupech buněčné biotechnologie včetně potřebných analytických metod. Součástí předmětu jsou i přehledné medicínské aplikace v oblasti genové terapie a modelů na testování farmak, biomateriálů a toxicity látek.
Cílem předmětu je seznámit studenty se různými způsoby, jak lze tyto buněčné biotechnologie využít k produkci nových léčiv, zdravotnických prostředků, vývoje nových humánních modelů k testování bezpečnosti a účinnosti nových produktů.
Přehled přednášek (pořadí přednášek se může změnit):
1. Stavba a fungování živočišných a rostlinných buněk. 2. Buněčná signalizace a komunikace. 3. Historie a princip tkáňových kultur, izolace, kultivace a skladování buněk. 4. Metody buněčné biologie sloužící k charakterizaci buněk (mikroskopie, imunodetekce, průtoková cytometrie, funkční eseje) 5. Metody molekulární biologie sloužící k charakterizaci buněk (PCR, sekvenování, omics metody) 6. Laboratorní, small-scale a large-scale kultivace buněk. 3D kultivace, nosiče, sféroidy. 7. Kmenové buňky a iPSC. 8. Produkce léčiv, rekombinantních proteinů, protilátek. 9. Buněčná terapie, CAR T buněčná terapie. 10. CRISPR/Cas9 a další moderní metody v genové terapii. 11. Tkáňové inženýrství jako terapeutický přístup i náhrada laboratorních zvířat 12. Rostlinné biotechnologie, bioremediace 13. Etika a právní aspekty v buněčných biotechnologiích
Základní literatura
Mohamed Al-Rubeai - Animal Cell Culture (EN)
Elearning
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
První sekce (týden 1 - 6) – Základy cytologie a práce s buňkami
1. Seznámení se základní a pokročilou literaturou. Základy cytologie – struktura buňky, buněčné organely a jejich struktura a funkce, získávání energie, signální mechanismy, transport látek a proteosyntéza.
2. Tkáňové kultury – kultivace, růstová media, plasty a zařízení pro kultivace buněk, práce s buňkami, způsoby uchovávání tkáňových kultur, kontaminace buněčných kultur a její detekce a odstranění, legislativní aspekty práce s GMO organismy a požadavky na laboratoř.
3. Metody zobrazování živých struktur a jejich funkcí – světelná mikroskopie (epifluorescenční a konfokální mikroskopie, pokročilé komplexní systémy), elektronová mikroskopie, multifunkční destičkové readery.
4. Metody analýzy buněk – počítání buněk a buněčných kolonií, zjišťování vitality buněk a testy vitality a cytotoxicity, průtoková cytometrie a metody separace buněk.
5. Pokročilé přístroje a metody pro transfekce buněk (elektroporace, metodstudium r
6. Exkurze na pracovišti (VUVeL, VUT, diskuze k celé sekci (prezentace studentů)
Druhá sekce (týden 7 - 10) – Principy technologií a metod produkce rekombinantních proteinů, monoklonálních protilátek, pDNA a vybraných farmakologicky aktivní látek
7. Základy moderních biotechnologických metod – bioreaktory, kultivace buněk v submerzních podmínkách, kultivace v reaktorech na bázi dutých vláken, kultivace ve vacích, porovnání různých kultivačních technologií a ukázky průmyslových zařízení.
8. Produkce rekombinantních proteinů v prokaryotických a eukaryotických systémech, produkce virů a virům podobných částic.
9. Technologie pro desintegraci buněk (detergenty, enzymy, vysokotlaká homogenizace a mirkofluidizace) separace produktů (proteiny, pDNA) pomocí tangenciální mikrofiltrace a ultrafiltrace, chromatografické metody, analýza produktů během biotechnologického procesu a v průběhu purifikace produktů, technologie využívané pro purifikaci produktů, ukázky technologií. ,
10. Exkurze na pracovišti (VÚVeL, Ustav Přístrojové Techniky AV CŘ) a diskuze k celé sekci (prezentace studentů)
Třetí sekce (týden 11 - 13) – Medicínské aplikace
11. Buněčná a genová terapie
12. Tkáňové kultury jako model pro testování léčiv a toxicity chemických sloučenin a nanostruktur.
13. Závěr předmětu, diskuze a zkouška formou testu a přednášky studenta na zadané téma.
Elearning