Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Master's Thesis
Author of thesis: Bc. Dominik Martinů
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: prof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D.
Reviewer: Prof. Andrei Pakhomov
Electroporation utilizes high-intensity voltage pulses to permeabilize the cell membranes, serving as a staple technique across biotechnology and medicine. While the primary mechanism – pore formation due to the electric field – is well-established, a significant discrepancy remains between theoretical models and experimental observations: molecular dynamics (MD) simulations predict pore closure within nanoseconds, yet experimental permeabilization can persist for minutes. This prolonged post-pulse state suggests that secondary effects, such as electrochemically generated reactive oxygen species (ROS), may play a critical role. This study investigates the impact of electrode surface properties on the electroporation efficiency and viability of CHO-K1 cells. Three distinct electrode configurations were evaluated: conventional metal, anodized metal-oxide (to suppress electrochemistry), and activated electrodes (optimized to enhance the oxygen reduction reaction and H2O2 formation). Methodologically, H2O2 generation, pore closure kinetics, and cell viability were assessed. Crucially, real-time voltage and current transients were recorded to calculate the actual electric field strength delivered to the biological load. Results demonstrate that while different electrode materials exhibit varied ROS generation, both membrane permeabilization and cell viability correlate strictly with the actual delivered electric field, rather than the electrochemical effects. Because the physical properties of the electrodes dictate the total injected current, identical nominally applied voltages yield significantly different actual electric fields depending on the material used. Therefore, the common assumption that nominal applied voltage directly determines the electric field is an oversimplification. Consequently, previous studies comparing electroporation experiments based purely on nominal voltage are flawed. While the biological impacts of ROS warrant further investigation, this study establishes that standardizing electroporation protocols to the calculated, actual electric field is an absolute necessity for valid cross-study comparisons.
Electroporation, CHO cells, Electrode materials, Reactive Oxygen Species (ROS), Permeabilization efficiency, Cell viability
Date of defence
26.05.2026
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Grading
A
Process of defence
1. Student seznámil členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděl v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Jaké buňky jste v experimentu používal? Na základě jakých parametrů byly buňky vybrány? V čem se liší klasický elektroporátor, který se využívá k vytvoření rekombinantních kmenů, s Vaším testovaným přístrojem? Jaký je hlavní důvod vývoje Vašeho přístroje? prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. Podle jakých parametru jste vybírali materiál pro elektrody? Za jakým účelem dochází k modifikaci elektrod? V práci uvádíte větší množství přístrojů, můžete to prosím objasnit? doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D. Můžete popsat mechanismus, co se děje s membránou při elektroporaci? Zmínil jste hydrofilní pór, můžete to objasnit? Jaký typ buněk využíváte? Student odpověděl na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi student prokázal výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomant prokázal nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.
Language of thesis
English
Faculty
Fakulta chemická
Department
Institute of Food Science and Biotechnology
Study programme
Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)
Specialization
Chemistry of Bioactive Substances (CHBL)
Composition of Committee
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda) doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (místopředseda) doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen) prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen) doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen) doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D. (člen)
Supervisor’s reportprof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D.
Grade proposed by supervisor: A
Reviewer’s reportProf. Andrei Pakhomov
Grade proposed by reviewer: A
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová