Detail předmětu
Úvod do medicínských materiálů a aplikací
FCH-BC_UNAk. rok: 2025/2026
Předmět je úvodem do principů a medicínsky relevantních poznatků z nanotechnologií, a do chemie moderních materiálů pro medicínské aplikace. Studenti jsou seznámeni s principy stavby orgánu, tkání a buněk a principy jejich regulace. Jsou rozebírány biologické reakce buněk i tkání na jednotlivé typy materiálů a systémů z nich připravených. Je poukázáno na zdravotní rizika materiálů a jejich nanoforem. Výše uvedené je demonstrováno na příkladech cílené distribuce biologicky aktivních látek a jejich řízeného uvolňování, regenerativní medicíny, tkáňového inženýrství a senzorů využitelných v diagnostice a medicíně. Důraz je kladen na praktickou stránku a srozumitelnost na úvodní úrovni.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
2
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Požadovány jsou základní znalosti z anorganické a organické chemie a vybraných částí fyzikální chemie, buněčné biologie a fyziologie (vše v zásadě na úrovni střední škol.).
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Semestr je ukončen zápočtovým testem zaměřeným na problematiku probíranou na přednáškách. Podmínkou úspěšného ukončení studia je získání hodnocení v rozmezí A až E hodnotící škály.
Účast na přednáškách.
Účast na přednáškách.
Učební cíle
Cílem předmětu je uvést studenty do světa moderních materiálů, jejich aplikací do medicínsky využitelných systémů na úrovni nano a nanobiotechnologií a jejich interakcí s biologickými systémy na příkladech aplikací v medicíně.
Student získá základní znalosti o moderních a materiálech a z nich vytvořených aplikací pro medicínu v oblasti nanotechnologiích a jejich interakci s organismem a různými tkáněmi či buňkami. Je schopen pochopit podstatu aplikací těchto systémů, materiálů a technologií pro medicínské účely. Výstupem studia je rovněž jednoduchá literární rešerše z témat, která byla probírána na přednáškách a které si vybrali jednotliví studenti.
Student získá základní znalosti o moderních a materiálech a z nich vytvořených aplikací pro medicínu v oblasti nanotechnologiích a jejich interakci s organismem a různými tkáněmi či buňkami. Je schopen pochopit podstatu aplikací těchto systémů, materiálů a technologií pro medicínské účely. Výstupem studia je rovněž jednoduchá literární rešerše z témat, která byla probírána na přednáškách a které si vybrali jednotliví studenti.
Základní literatura
Goodsell D.S.: Bionanotechnology. Wiley-Liss, Hoboken 2004 (CS)
Doporučená literatura
Hošek J.: Úvod do nanotechnologie. ČVUT, Praha 2010 (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPCP_CHMA bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. týden:
Úvod do nanobiotechnologií: vysvětlení pojmů nanotechnologie, biotechnologie, nanobiotechnologie a nanomedicína. V čem se doplňují, v čem se překrývají, ukázky reálných aplikací v medicíně.
2.-3. týden:
Biologické systémy: od organismu po buňku, buňky a tkáně, kmenové buňky, morfologie buňky, buněčný cyklus, buněčné regulace a signálování, receptory, receptor CD 44, extracelulární matrix, kolagen, elastin, proteoglykany a glykoproteiny, fibronektin, laminin, integriny, zdravotní rizika nanotechnologií.
4.-5. týden:
Cílená distribuce a řízené uvolňování biologicky aktivních látek: cílená distribuce a řízené uvolňování – vysvětlení pojmů, co přinesly první a co očekáváme od moderních nosičů, jaký musí být ideální nosič, dělení nosičů, micely a liposomy, nanočástice, dendrimery, nanotrubičky, mikrobubliny, nano a mikrovlákna, kombinované nosičové systémy, theranostics, řízené uvolňování aktivní látky z nosiče, uvolňování aktivní látky elektromagnetickým zářením, uvolňování aktivní látky magnetickým polem, uvolňování aktivní látky ultrazvukem, uvolňování aktivní látky změnou teploty a změnou pH, nosiče reagující na biologické stimuly, nosiče obsahující ve své struktuře enzymový substrát, nosiče reagující na substrát v okolí, bariéry mezi tkáněmi a jejich překonávání, terapeutické okno, terapeutický index, cílená doprava aktivní látky do buňky, způsoby uvolňování aktivní látky v buňce.
6.-8. týden:
Systémy podporující hojení ran: různé typy a stavy ran, akutní, chronické a komplikované rány, infekce v ráně, biofilm, hojení rány, fáze homeostázy a koagulace, fáze zánětu, imunitní systém, proliferativní fáze, extracelulární matrix a hyaluronan, remodelační fáze, odstranění nekrotické tkáně, larvo-terapie, vlhké hojení a hyaluronan, kryty exudujících ran, přípravky na bázi medu, přípravky na bázi glukanů, kryty granulující rány, tekuté a pevné formy krytů ran, píštěl, epipleurální absces, jiné způsoby krytů ran, jiné způsoby léčky ran.
9.-10. týden:
Regerativní medicína: tkáňové inženýrství a regenerativní medicína, hojení a regenerace, kmenové buňky, od kmenové po zralou buňku, embryologie, jak kmenové buňky poznají, čím mají být, buněčné signálování, interakce mezi buňkami, zdroje kmenových buněk, terapeutické klonování, indukované pluripotentní kmenové buňky, mezenchymální kmenové buňky, transplantace kostní dřeně.
11.-12. týden:
Tkáňové inženýrství: scaffoldy a buňky, scaffoldy na bázi hydrogelů, scaffoldy na bázi houbiček, scaffoldy na bázi nano a mikrovláken, materiály na scaffoldy, tkáňové inženýrství a příklady z praxe, tkáňové inženýrství kloubní chrupavky, materiály pro viskosuplementaci synoviální tekutiny.
13. týden:
Biosenzory a medicína: co jsou senzory a biosenzory, základní charakteristiky senzorů, typy biosenzorů, glukózový senzor, Clark kyslíková elektroda, rozdělení biosenzorů na základě principů vyvolání odezvy, piezoelektrický, optický, interferometrický, mřížkový senzor, rezonanční zrcadlo, SPR senzory, evanescentní pole, povrchový plasmon, TIRF senzory, senzory na bázi Ramanova rozptylu, enzymové elektrody, aptamery.
Úvod do nanobiotechnologií: vysvětlení pojmů nanotechnologie, biotechnologie, nanobiotechnologie a nanomedicína. V čem se doplňují, v čem se překrývají, ukázky reálných aplikací v medicíně.
2.-3. týden:
Biologické systémy: od organismu po buňku, buňky a tkáně, kmenové buňky, morfologie buňky, buněčný cyklus, buněčné regulace a signálování, receptory, receptor CD 44, extracelulární matrix, kolagen, elastin, proteoglykany a glykoproteiny, fibronektin, laminin, integriny, zdravotní rizika nanotechnologií.
4.-5. týden:
Cílená distribuce a řízené uvolňování biologicky aktivních látek: cílená distribuce a řízené uvolňování – vysvětlení pojmů, co přinesly první a co očekáváme od moderních nosičů, jaký musí být ideální nosič, dělení nosičů, micely a liposomy, nanočástice, dendrimery, nanotrubičky, mikrobubliny, nano a mikrovlákna, kombinované nosičové systémy, theranostics, řízené uvolňování aktivní látky z nosiče, uvolňování aktivní látky elektromagnetickým zářením, uvolňování aktivní látky magnetickým polem, uvolňování aktivní látky ultrazvukem, uvolňování aktivní látky změnou teploty a změnou pH, nosiče reagující na biologické stimuly, nosiče obsahující ve své struktuře enzymový substrát, nosiče reagující na substrát v okolí, bariéry mezi tkáněmi a jejich překonávání, terapeutické okno, terapeutický index, cílená doprava aktivní látky do buňky, způsoby uvolňování aktivní látky v buňce.
6.-8. týden:
Systémy podporující hojení ran: různé typy a stavy ran, akutní, chronické a komplikované rány, infekce v ráně, biofilm, hojení rány, fáze homeostázy a koagulace, fáze zánětu, imunitní systém, proliferativní fáze, extracelulární matrix a hyaluronan, remodelační fáze, odstranění nekrotické tkáně, larvo-terapie, vlhké hojení a hyaluronan, kryty exudujících ran, přípravky na bázi medu, přípravky na bázi glukanů, kryty granulující rány, tekuté a pevné formy krytů ran, píštěl, epipleurální absces, jiné způsoby krytů ran, jiné způsoby léčky ran.
9.-10. týden:
Regerativní medicína: tkáňové inženýrství a regenerativní medicína, hojení a regenerace, kmenové buňky, od kmenové po zralou buňku, embryologie, jak kmenové buňky poznají, čím mají být, buněčné signálování, interakce mezi buňkami, zdroje kmenových buněk, terapeutické klonování, indukované pluripotentní kmenové buňky, mezenchymální kmenové buňky, transplantace kostní dřeně.
11.-12. týden:
Tkáňové inženýrství: scaffoldy a buňky, scaffoldy na bázi hydrogelů, scaffoldy na bázi houbiček, scaffoldy na bázi nano a mikrovláken, materiály na scaffoldy, tkáňové inženýrství a příklady z praxe, tkáňové inženýrství kloubní chrupavky, materiály pro viskosuplementaci synoviální tekutiny.
13. týden:
Biosenzory a medicína: co jsou senzory a biosenzory, základní charakteristiky senzorů, typy biosenzorů, glukózový senzor, Clark kyslíková elektroda, rozdělení biosenzorů na základě principů vyvolání odezvy, piezoelektrický, optický, interferometrický, mřížkový senzor, rezonanční zrcadlo, SPR senzory, evanescentní pole, povrchový plasmon, TIRF senzory, senzory na bázi Ramanova rozptylu, enzymové elektrody, aptamery.