Master's Thesis

Application of multielement HR-CS-ET-AAS method in oncology research

Final Thesis 2.18 MB

Author of thesis: Ing. Mia Victoria Pařízková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Mgr. Marie Novotná, Ph.D.

Reviewer: RNDr. Jan Kratzer, PhD.

Abstract:

Development of new chemotherapeutics is required for the progress of oncological research; promising alternatives to cisplatin are ruthenocene-based drugs. Methods of multielemental analysis of ruthenium and iron in cellular material were proposed and optimised via high-resolution continuum source electrothermal atomic absorption spectrometry (HR-CS-ET-AAS) in this master’s thesis. Two sets of absorption lines were tested: 1) Ru 349,895 nm (100 %) a Fe 349,784 nm (0,37 %); 2) Ru 372,803 nm (83 %) a Fe 372,762 nm (0,036 %). Furthermore, liquid and solid sampling options were compared. Due to unavailability of solid Ru certified reference material, novel external calibration using agarose gel spiked with Ru was designed and implemented. Temperature programs were optimised alongside with the number of analysed pixels; limits of detection and quantification were determined as well. Trueness of the methods was ascertained with certified reference material of blood serum. Solid sampling method utilising the absorption lines in the 349 nm area was utilised for determination of Ru and Fe in provided samples of lung carcinoma cell lines A549 and H1299, which were exposed to three unique chemotherapeutics based on ruthenium and tetrazene.

Keywords:

Cancer, metallocene-based drugs, ruthenium, iron, HR-CS-ET-AAS, solid sampling, cancer cell lines

Date of defence

27.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka při obhajobě prezentovala náplň, výsledky a závěry své diplomové práce. Následovalo čtení posudků vedoucí a oponenta a byly detailně diskutovány položené otázky. K tématu diplomové práce se zapojili i další členové komise se svými otázkami: doc. Mgr. R. Komendová, Ph.D. – Můžete specifikovat množství vzorku a počet buněk v něm? Kolik bodů bylo použito pro kalibraci doc. MVDr. H. Zlámalová Gargošová, Ph.D. – Jakým způsobem -proč byly zvoleny dané linie buněk? Diplomatka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuze k dané problematice vzneseny. Předvedla, že má výborný přehled v řešené problematice, a to jak z teoretického, tak praktického hlediska. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala výbornou orientaci v dané problematice i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Environmental Chemistry and Technology (NPCP_ECHT)

Composition of Committee

doc. Mgr. Renata Komendová, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Michaela Vašinová Galiová, Ph.D. (předseda)
doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jozef Krajčovič, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Másilko, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Krystyník, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Rozsypal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Marie Novotná, Ph.D.

Studentka Bc. Mia Victoria Pařízková vypracovala diplomovou práci na téma: VYUŽITÍ METODY MULTIELEMENTÁRNÍ HR-CS-ET-AAS ANALÝZY V ONKOLOGICKÉM VÝZKUMU. Studentka vypracovala obsáhlou literární rešerši fokusovanou na multielementární ET-AAS analýzu a techniku vnášení pevných vzorků do grafitového atomizátoru, kde vycházela z velkého množství literárních zdrojů zaměřených jak metodicky, tak aplikačně, které následně přehledně zpracovala. V prvním kroku její experimentální činnosti definovala absorpční čáry pro simultánní analýzu více prvků metodou ET-AAS a dvě navržené metody optimalizovala, nejprve pomocí roztokové analýzy a poté metodou analýzy pevných vzorků. V rámci experimentů si rychle osvojila nové praktické dovednosti s dávkováním pevných vzorků, zjišťovala optimální podmínky a analyzovala certifikované referenční materiály. Vytvořila nový postup přípravy pevných kalibračních standardů a vytvořenou metodiku aplikovala na analýze vzorků buněčných linií karcinomu plic dopovanými unikátním léčivem na bázi ruthenia. Studentka provedla velké množství experimentální práce, pracovala samostatně, svědomitě a se zájmem. Ve všech hodnocených kritériích ji hodnotím stupněm A a celkové hodnocení DP je výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
RNDr. Jan Kratzer, PhD.

Hodnocená diplomová práce, jejíž autorkou je Bc. Mia Victoria Pařízková, je zaměřena na optimalizaci podmínek simultánního stanovení Ru a Fe v buněčném materiálu pomocí elektrotermické atomové absorpční spektrometrie s kontinuálním zdrojem záření a vysokým rozlišením monochromátoru (HR-CS-ET-AAS) s perspektivou využití vyvinuté metody v onkologickém výzkumu, jelikož chemoterapeutika na bázi Ru se jeví jako slibná alternativa k nejběžněji používané cis-platině.
Práce má standardní členění do pěti kapitol, jedná se o úvod, teoretickou část, experimentální část, část výsledky a diskuze a závěr.
Teoretická část práce je poměrně obsáhlá. Zatímco podkapitoly zaměřené jak na metody onkologické léčby a pro tyto účely používaných léčiv, tak i na spektrometrické metody, jsou naprosto relevantní pro řešenou problematku, kapitola 2.4.3 věnující se makroprvkům, esenciálním a rizikovým prvkům v organismech by mohla být stručnější a omezit se pouze na Ru a Fe, které jsou předmětem studia této práce. Mimochodem, názvy kapitol 2.4.1 Rostlinné vzorky a 2.4.2 Biologické vzorky jsou mírně zavádějící. Výstižnější název kapitoly 2.4.2 by byl živočišné vzorky, neboť i rostlinné vzorky jsou biologické.
Experimentální části není co vytknout ani z hlediska obsahu, ani délky.
Kapitola výsledky a diskuze obsahuje velké množství výsledků provedených experimentů, které jsou řádně zpracovány, včetně statistického vyhodnocení, a jsou z nich vyvozeny relevantní závěry. Autorka provedla proměřením pyrolytických a atomizačních křivek s využitím kapalných standardů optimalizaci stanovení Ru a Fe technikou HR-CS-ET-AAS. Dále studovala vliv modifikátorů na odezvu obou analytů i vliv počtu pixelů na mez detekce (LOD). Optimalizovaná metoda stanovení Ru a Fe v kapalných vzorcích byla úspěšně validována jejich přesným a správným stanovením v krevním séru. Následně autorka optimalizovala stanovení Ru a Fe v pevných vzorcích technikou solid sampling. V této části práce musela autorka, z důvodu neexistujícího vhodného pevného certifikovaného referenčního materiálu/standardu pro Ru, navrhnout a realizovat přípravu vlastního laboratorního referenčního materiálu. Tento byl připraven na bázi agarozového gelu se známým přídavkem Ru a Fe. Tuto část práce hodnotím jako velmi inovativní, kreativní a přenositelnou do dalších analytických metod, které čelí podobným výzvám (např. LA-ICP-MS).V případě Fe byl použit také pevný komerčně dostupný certifikovaný referenční materiál s matricí jahodového listí. Vyvinutá metoda byla úspěšně použita na stanovení Ru a Fe v buněčných peletách za různých podmínek (buněčné linie, přítomnost specifického genu v linii, typ léčiva obsahujícího Ru a jeho koncentrace).
V kapitole závěr autorka stručně shrnuje nejdůležitější poznatky své práce a nastiňuje také možnosti navazujících experiemntů, které by bylo možné provést. Diplomová práce cituje více než 150 relevantních zdrojů, což svědčí o svědomitém přístupu autorky k rešerši.
Práce obsahuje akceptovatelné množství překlepů a stylistických neobratností, některé příklady jsou uvedeny níže. V některých případech kvůli tomu dochází k posunu významu vět, ve výjimečných případech není tvrzení platné. Naopak musím autorku pochválit, že jsem v práci nenalezl žádnou gramatickou chybu.
Celkově hodnotím diplomovou práci jako velmi kvalitní, zdařile zpracovanou a s nadprůměrným množstvím provedených experimentů. Dílčí výsledky práce mohou být užitečné pro pokračující výzkum nebo praktické použití.
Práci jednoznačně doporučuji k obhajobě s výslednou klasifikací A-výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Níže jsou uvedeny mé náměty a otázky k posuzované práci. Řada z nich jsou jen terminologie se týkající doporučení. V rámci diskuze při obhajobě by bylo vhodné se zaměřit zejména na body 5), 8) a 10). Jak bylo uvedeno výše, práce obsahuje malé množství snadno pochopitelných překlepů, které nemění význam uvedených tvrzení, např. "spektrometry" místo "spectrometry". Tato chyba se vyskytuje dvakrát na straně 17 a často bývá způsobena nevhodným zásahem režimu automatických oprav. Na stejné straně je také konstatováno, že…"ICP-MS … lze využít ke kvalitativní, kvalitativní i speciační analýze." Správně má být "kvalitativní, kvantitativní". Na str. 31, v první větě kapitoly 2.5.1. je uveden obrat "Využití grafické kyvety", správně má být grafitové.
  2. 2. Autorka na str. 18 uvádí, že: Absorbance je tedy veličina hodnotící množství absorbovaného záření a opačnou hodnotou je k ní transmitance. S tímto tvrzením nelze souhlasit, jelikož transmitance je jednak také veličina, nikoli hodnota, a není pravda, že hodnoty těchto veličin by si byly v absolutní hodnotě rovny, ale souvisí spolu vztahem A = - log T, jak správně autorka uvádí v rovnici (2).
  3. 3. Zavádějící je i tvrzení o AAS uvedené na str. 21: "Stanovování nekovů v atomární podobě je obtížné, protože se většina jejich spektrálních čar nachází v dalekém UV, pod 190 nm, kde je pro atomizaci potřeba velmi výkonného zdroje záření." K atomizaci dochází v atomizátoru (plamen, grafitová kyveta), zdroj záření ho neovlivňuje. Problémem většiny zdrojů záření je, že jejich intenzita velmi prudce klesá v oblasti pod 200 nm. Dalším problémem je absorpce záření o vlnových délkách pod 200 nm vzduchem, jak správně autorka uvádí. Na str. 24 je uvedeno, že "při atomizaci je nutné dosáhnout dostatečně vysoké teploty, aby i žáruvzdorné prvky podlehly atomizaci". Anglický termín "refractory elements" je v AAS v tomto kontextu překládán jako těžko/obtížně atomizovatelné prvky, nikoli žáruvzdorné.
  4. 4. Na str. 27 v úvodu kapitoly 2.4.3.1 autorka uvádí: "Multielementární analýza se běžně používá pro plamenovou atomizaci, zejména pro stanovení makroprvků v různých typech, zejména biologických vzorků. Alkalické kovy a kovy alkalických zemin náleží mezi tyto stanovované prvky pro svoji barevnou emisi v plameni." Co přesně je míněno poslední větou? Týká se atomové absorpční nebo emisní spektrometrie? A musí být v instrumentálních metodách přechod "barevný"?
  5. 5. Na str. 32 autorka srovnává metody HR-CS-ET-AAS, LA-ICP-MS, ETV-ICP-MS a spark-OES z pohledu přímé analýzy pevného vzorku (solid sampling). Je konstatováno, že "všechny poskytují možnost multielementární analýzy, ačkoli jen metody odvozené od ICP-MS umožňují speciační analýzu". Jak je toto konstatování myšleno? Na jednu stranu ani AAS, ani ICP-MS jako "destruktivní" detektory samy o sobě speciační analýzu neumožňují, jelikož při atomizaci, resp. ionizaci dochází ke ztrátě speciační informace. V kombinaci s předřazenou separační metodou (HPLC, GC) je speciační analýza možná. Tyto separační metody však nejsou kompatibilní se solid sampling přístupem.
  6. Naopak byly publikovány práce, kdy záměrně zpomalený ohřev grafitové kyvety v HR-CS-ET-AAS metodě při solid/slurry samplingu umožňoval když ne provádět speciační analýzu v pravém slova smyslu, tak aspoň frakcionaci, např. stanovit těkavé a netěkavé frakce Ni či V v ropných produktech (F. Lepri et al., Anal. Chim. Acta 558 (2006) 195-200).
  7. 6. Autorka v textu většinou správně používá časové jednotky sekundy, občas ale používá vteřiny (str. 36, 37, 41, 46, 52, 56, 64), což do odborného textu nepatří.
  8. 7. Některé obraty jsou laboratorním žargonem. Na str. 51 je uvedeno, že "výsledný pík by zcela poklesl na baselinu." Spisovný termín je základní linii. Na str. 40 je uvedeno, že "poté se buňky splitnulyv PBS do zkumavky." Co si můžu pod termínem "splitnuly" jako osoba běžně nepracující s buněčným matriálem představit?
  9. 8. Autorka v grafech ve výsledkové části nedůsledně rozlišuje, zda je vyhodnocována výška nebo plocha píku. Ze spektra uvedeného na obrázku 10, dosahuje výška píku standardu 100 ng/ml Ru při 349 nm hodnoty mezi 0,025 a 0,030. Zde je správně uvedena absorbance jako bezrozměrná veličina. V grafu 11, kde jsou změřeny pyrolytická a atomizační křivka s použitím standardu stejné koncentrace a nastavení stejné vlnové délky je odezva vynesená na ose Y, označena opět jako "Absorbance [-]", avšak dosahuje hodnot, v závislosti na teplotě, až mezi 0,20 a 0,25. Jsem si jist, že odezva vynášená v grafech napříč výsledkovou částí diplomové práce se týká plochy píku, která není bezrozměrnou veličinou. V jakých jednotkách je plocha píku v grafech vynášena?
  10. 9. Jaká byla motivace použít v solid sampling HR-CS-ET-AAS k ověření správnosti metody stanovení železa CRM jahodového listí, když jste si připravovala k validaci vlastní laboratorní referenční materiál na bázi agarozového gelu se známým obsahem Ru i Fe?
  11. 10. V práci dokazujete, že odezva kapalných standardů se pro daný analyt příliš neliší od laboratorního referenčního materiálu na bázi agarozového gelu. Srovnání je prováděno v rámci různých podkapitol a je komplikováno faktem, že pro kapalné vzorky se vztahujete ke koncentraci analytu, zatímco pro pevné vzorky na absolutní hmotu v ng. Mohla byste při obhajobě ukázat přehlednější a přímé srovnání citlivosti (plocha píku vztažená na jednotku hmotnosti analytu, např. s/ng) pro oba analyty (Ru i Fe) pro (i) stanovení kapalných vzorků (ii) pro stanovení technikou solid samplingu v agarozovém gelu a (iii) v případě Fe i v CRM jahodového listí?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová