Doctoral Thesis

Macro- and microrheology of hydrogels and its relationship to transport of drug delivery systems

Final Thesis 12.46 MB

Author of thesis: Ing. Martin Kadlec

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Reviewers: prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D., Ing. Adam Strachota, Ph.D.

Abstract:

The submitted dissertation focuses on the study of macro and microrheological properties of hydrogel systems with incorporated structures that can realistically model an extracellular matrix (ECM) system with a drug nanocarrier. The fundamental idea and primary motivation in this scientific research area stem from the question of a possible correlation between the viscoelastic properties of hydrogel materials as a whole (macro level) and those obtained locally (micro level). That is, whether and to what extent the mechanical properties of ECM models relate to the movement of nanocarriers within them.     In the literature review section, alongside theoretical considerations regarding the feasibility of mathematically linking particle transport with macrorheology, parts of the work are also devoted to the selection of materials suitable for this thesis. Based on this, agarose hydrogel was selected as the simple polysaccharide hydrogel matrix along with a commercially available gel system, Geltrex, with a complex composition closely mimicking native ECM. The carrier systems were modelled using nanoparticles of various sizes (10, 30, and 100 nm), as well as micelles formed from positively charged (CTAB), negatively charged (SDS), and neutral (Tween 20) surfactants. The experimental section is divided into two main sections. The first focuses on comprehensive macrorheological characterization using rheometry, while the second part is oriented towards microrheological characterization, specifically using dynamic light scattering (DLS) and fluorescence correlation spectroscopy (FCS).     A significant portion of the work is dedicated to correlating of the obtained data, whether comparing different rheometric tests among themselves or directly comparing the outputs from macro and microrheological techniques. The final section of the thesis also evaluates the application of selected conversion methods and discusses the purpose and possible limitations of the individual study techniques.

Keywords:

Hydrogels, extracellular matrix, Geltrex, agarose, nanoparticles, surfactants, rheometry, dynamic light scattering, fluorescence correlation spectroscopy.

Date of defence

22.01.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Předsedkyně komise představila doktoranda a předala mu slovo. Ing. Kadlec je spoluautorem šesti článků v impaktovaných časopisech, v jednom případě je uveden jako první autor. Je také spoluautorem řady konferenčních příspěvků a spoluřešitelem tří projektů. V roce 2023 absolvoval zahraniční stáž ve Slovinsku.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biophysical Chemistry (DPCP_BCH)

Composition of Committee

prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
Ing. Adam Strachota, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Vladimír Sedlařík, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Nejdl, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Ondřej Sedláček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Martin Kadlec se během svého doktorského studia vyznačoval vysokou samostatností a přemýšlivostí. Pravidelně jsme diskutovali postup zejména experimentálních prací, na konzultace přicházel připraven, k diskusi uměl vybírat podstatné části a problémy. Kromě experimentální reologické činnosti rozvinul na našem pracovišti i modelování reometrických dat teoretickými modely, zařídil obstarání a zprovoznění souvisejícího software prof. Wintera. S jeho prací jsem by spokojen, výsledky považuji za významné, byť některé ještě čekají na opublikování; nicméně v samotné disertaci uvedeny jsou. Poněkud pozdější termín odevzdání práce k obhajobě - vzhledem ke standardní době studia - je dán i jeho využíváním k různým fakultním akcím, vyvolaným jeho všestrannými schopnostmi, ochotou a zájmem.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 260,75 kB

Reviewer’s report
Ing. Adam Strachota, Ph.D.

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 323,87 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová