Bachelor's Thesis

Microstructured Substrates for Spatial Control of Cells

Author of thesis: Veronika Šromová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Mgr. Dinara Sobola, Ph.D.

Reviewer: prof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis investigates the intersection of surface topography and capillary forces as tools for spatial control of cellular behavior. The work first explores the biological mechanisms of cell-substrate interaction, emphasizing the role of integrins and mechanotransduction pathways in responding to micro- and nanoscale cues. Furthermore, the thesis analyzes the principles of capillary action and its applicability in various microfluidic architectures for particle and cell manipulation.

Experimentally, microstructured substrates featuring variable geometries were designed and fabricated using 3D resin printing. Contact angle measurement confirmed that these structures facilitate meniscus formation, allowing for the creation of defined liquid topographies driven by surface tension. Morphological characterization via scanning electron microscopy (SEM) was performed to define printability limits and optimize structural parameters.

Furthermore, in vitro cytotoxicity assessment was conducted using the LW13K2 cell line. To decouple material toxicity from topographical effects, the fabrication workflow was systematically optimized by evaluating ten distinct UV post-curing intervals and comparing two sterilization protocols. Quantitative image analysis and statistical modeling (Two-Way ANOVA) definitively demonstrated that autoclave sterilization provides a highly significant improvement in cell viability over ethanol, whereas extended UV post-curing yields no additional biological benefit.

Finally, direct biological testing was conducted on the optimized substrates to evaluate the influence of the fabricated microtopographies on cellular adhesion, proliferation, and spatial organization. The results indicate that surface treatment and structural design strongly affect cell colonization behavior and demonstrate the potential for future tissue engineering applications.

Keywords:

cell adhesion, substrate surface, mechanotransduction, capillary phenomena

Date of defence

17.06.2026

Date of publish

16.06.2028

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Ing. Zumberg položila otázku: Byly vzorky ošetřeny po procesu polymerizace? Ing. Mézl položil otázku: Co jste používala za segmentaci? Studentka obhájila bakalářskou práci a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Biomedical Engineering

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Mézl, Ph.D. (místopředseda)
MUDr. Tibor Stračina, Ph.D. (člen)
Mgr. Monika Čechová, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Smital, Ph.D. (člen)
Ing. Inna Zumberg (člen)

Supervisor’s report
prof. Mgr. Dinara Sobola, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se věnuje aktuální problematice využití mikrotexturovaných povrchů pro ovlivnění prostorového uspořádání a chování buněk. Zpracované téma je interdisciplinární povahy a vyžadovalo osvojení znalostí z oblasti materiálového inženýrství, mikro- a nanotechnologií i buněčné biologie.
Písemná zpráva je vypracována na vysoké úrovni. Rozsahem i obsahem plně odpovídá zadání. Text je přehledně členěn, jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují a poskytují čtenáři ucelený pohled na řešenou problematiku. Jazyková i grafická stránka dokumentu splňuje požadavky kladené na vysokoškolské kvalifikační práce a svědčí o pečlivém přístupu autorky.
Při zpracování teoretických východisek prokázala autorka schopnost kriticky pracovat s odbornými informačními zdroji. Rešeršní část vychází z aktuálních vědeckých publikací a poskytuje kvalitní základ pro navazující experimentální činnost. Výběr citované literatury odpovídá současnému stavu poznání v interdisciplinární oblasti bioinženýrství.
Významným přínosem jsou dosažené experimentální poznatky v oblasti optimalizace 3D tisku, které vykazují vysoký potenciál pro další využití. Získané výsledky tvoří podklad pro přípravu patentové ochrany a současně představují vhodný základ pro navazující publikační činnost i budoucí technologické uplatnění.
Po celou dobu řešení tématu pracovala Veronika Šromová velmi samostatně, zodpovědně a s mimořádným nasazením. Aktivně se podílela na výzkumných aktivitách v Laboratoře biofotoniky CEITEC VUT a ochotně předávala své zkušenosti ostatním členům týmu, zejména v oblasti kultivace buněk a laboratorních metod.
Nad rámec studijních povinností úspěšně reprezentovala fakultu na odborných soutěžích. V rámci soutěže FEKT Teams získala společně se svým týmem 2. místo a stejného umístění dosáhla také na konferenci EEICT 2026. Tyto výsledky potvrzují nejen její odborné schopnosti, ale také schopnost prezentovat dosažené poznatky odborné veřejnosti.
Po odborné, metodické i formální stránce hodnotím předloženou bakalářskou práci jako mimořádně kvalitní. Autorka během řešení prokázala vysokou míru samostatnosti, výborné experimentální dovednosti, systematický přístup k řešení výzkumných úkolů i schopnost efektivní spolupráce v multidisciplinárním týmu. Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
prof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D.

BP Veroniky Šromové představuje dobře strukturované a metodicky ambiciózní zkoumání vlivu 3D tištěných mikrostrukturovaných substrátů na buněčnou kulturu. Práce pokrývá působivou škálu experimentálních metod, včetně morfologické charakterizace pomocí SEM, měření smáčivosti/ kontaktního úhlu, fluorescenční a konfokální mikroskopie, FTIR spektroskopie a vlastního skriptu pro obrazovou analýzu v prostředí MATLAB. Teoretická část je důkladná a dobře podložená literaturou. Celkově BP vykazuje rozsah experimentální práce a úroveň vědecké vyspělosti nadprůměrnou pro práce bakalářského stupně.

Práci lze vytknout tři dílčí nedostatky, které mírně snížují celkové hodnocení BP:
1. pro většinu experimentů (kromě viability) velikost vzorku a počet biologických replikátů pro experimenty přímého biologického testování nejsou explicitně uvedeny; jejich specifikace by posílila věrohodnost morfologických pozorování.
2. závěry vyvozené z přímého biologického testování, zejména pokud jde o topografií podmíněnou adaptaci cytoskeletu, zřejmě vycházejí z omezeného počtu reprezentativních snímků a bylo by vhodné je formulovat opatrněji nebo nejlépe podložit dodatečnými daty.
3. nepřímý cytotoxický test postrádá pozitivní kontrolu, která je u extrakčních testů standardní praxí a jejíž zařazení by potvrdilo citlivost použitého testu. Topics for thesis defence:
  1. Práce používá pouze buněčnou linii LW13K2. Nakolik jsou závěry přenositelné na jiné buněčné typy relevantní pro tkáňové inženýrství, například na kmenové buňky nebo osteoblasty?
  2. Resinový substrát je tuhý materiál s vysokým modulem pružnosti. Jak tato mechanická vlastnost ovlivňuje interpretaci výsledků z hlediska mechanotransdukce, kde hraje klíčovou roli tuhost substrátu (stiffness)?
  3. Jaké jsou podle vás hlavní překážky pro přechod od in vitro validace na reálnou aplikaci v tkáňovém inženýrství?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

Publication of the final thesis has been postponed in compliance with the provisions of Section 47b (4) of Act No. 111/1998 Coll., on the Higher Education Institutions and on amendments and supplements to other acts, as amended.

The thesis contains results that are currently being prepared for publication in peer-reviewed journal. In order to protect unpublished data and to ensure the originality of the forthcoming publications, the thesis is subject to temporary confidentiality.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová