diplomová práce

Elektromagnetická modulace buněčného chování a nové strategie pro tkáňové inženýrství

Autor práce: Ing. Tereza Havlíková

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Nikola Papež, Ph.D.

Oponent: doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Abstrakt:

Elektrická i elektromagnetická in vitro stimulace se v tkáňovém inženýrství využívá zejména k ovlivnění buněčné proliferace a životaschopnosti, a tím k podpoře regeneračních procesů. Konvenční přímá elektrická stimulace založená na kontaktu s elektrodami je však omezena vedlejšími elektrochemickými ději, rizikem kontaminace a nižší reprodukovatelností. Tato práce se proto zaměřuje na bezkontaktní alternativu založenou na elektromagnetické indukci a porovnává ji s vybranými přístupy přímé elektrické stimulace. Experimenty byly provedeny na buněčné linii HT-1080 kultivované na vláknitých skafoldech z biokompatibilního polyvinylidenfluoridu (PVDF), které kromě mechanické opory mohou díky piezoelektrickému jevu přispívat ke stimulaci. Cílem práce bylo ověřit funkčnost a stabilitu navrženého induktivního systému, vyhodnotit vliv parametrů stimulace na buněčnou odezvu a posoudit dopad působení pole na integritu skafoldu. Výsledky potvrdily správnou činnost induktivního systému a stabilnější průběh stimulace ve srovnání s přímou elektrickou stimulací, přičemž nebylo pozorováno poškození skafoldu. Za klíčové parametry indukční stimulace se ukázaly tvar budicího signálu a amplituda magnetické indukce. Nejvyšší buněčné konfluence bylo dosaženo při použití trojúhelníkového budicího signálu s frekvencí 20 Hz a amplitudou magnetické indukce 2 mT. Navržený systém tak představuje ověřené řešení pro bezkontaktní stimulaci buněk s definovanými parametry buzení vedoucími ke zvýšení jejich proliferační aktivity.

Klíčová slova:

tkáňové inženýrství, polyvinylidenfluorid, skafold, elektrická stimulace, elektromagnetická stimulace, elektrospřádání, nanovlákna, piezoelektrický jev, buněčná linie HT-1080

Termín obhajoby

16.06.2026

Práce bude zveřejněna

15.06.2028

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Doc. Vítek položil otázku na zvolení jednotné hodnoty frekvence pro sinusové i trojúhelníkové buzení. doc. Kolář položil otázku na navržení cívky. Co je uvnitř cívky a jak byla navrhována. Studentka obhájila diplomovou práci a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Bioinženýrství (MPC-BIO)

Složení komise

doc. Ing. Martin Rožánek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D. (místopředseda)
doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D. (člen)
prof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Vítek, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Nikola Papež, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Terezy Havlíkové plně a na excelentní úrovni splňuje všechny body zadání. Studentka v ní úspěšně zvládla přípravu polymerních PVDF skafoldů elektrostatickým spřádáním, jejich následnou povrchovou modifikaci i kultivaci buněčné linie HT-1080. Navrhla a realizovala experiment pro porovnání přímé elektrické stimulace s neinvazivní induktivní elektromagnetickou stimulací. Zatímco u přímé stimulace detailně zdokumentovala technologické limity vyplývající z elektrochemických dějů, vyvinutý elektromagnetický indukční systém prokázal vysokou stabilitu a bezpečnost. Dalším tvůrčím přínosem autorky je také vyvinutí vyhodnocovacího softwaru pro detekci buněčné konfluence. Vysoká vědecká hodnota této práce je také podpořena druhým místem v soutěži FEKTTeams 2025, dále podanou patentovou přihláškou na použitý systém elektromagnetické stimulace i připraveným odborným článkem k publikaci v impaktovaném časopise. Studentka po celou dobu vykazovala mimořádnou samostatnost, badatelskou iniciativu a výbornou orientaci v literatuře. Text práce je typograficky i stylisticky na profesionální úrovni. Tento téměř pětiletý výzkum tak úspěšně navazuje na bakalářskou práci, rozvíjí její dřívější vydané prvoautorské publikace, a je podložen také i předchozími výhrami v studentských soutěžích a nadále tak potvrzuje dosavadní kvalitu práce. Doporučuji jí tedy k obhajobě s hodnocením 100/A. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 100

Známka navržená vedoucím: A

Diplomová práce Bc. Terezy Havlíkové se zabývá elektromagnetickou modulací buněčného chování a jejím využitím v oblasti tkáňového inženýrství. Autorka se zaměřuje na zhotovení a aplikaci bezkontaktní metody stimulace buněk pomocí elektromagnetické indukce na piezoelektrických vláknech, která představuje bezpečnější alternativu k přímému elektrickému působení.
1. Splnění požadavků zadání
Předložená diplomová práce plně splňuje všechny body zadání. Studentka vypracovala hlubokou rešerši v oblasti stimulace buněk a piezoelektrických skafoldů, navrhla a realizovala experimentální systém pro indukční i přímou stimulaci, připravila polymerní nosiče metodou elektrostatického zvlákňování a provedla komplexní testování na buněčné linii HT-1080. Výsledky byly podrobně analyzovány pomocí mikroskopických technik a statisticky vyhodnoceny v prostředí MATLAB.
2. Prezentační úroveň technické zprávy a její rozsah
Rozsah textové části práce (od úvodu po závěr) činí 76 normostran, což mírně přesahuje doporučený rozsah 50–70 stran. Toto navýšení je však zcela opodstatněné vzhledem k množství provedené experimentální práce. Celkově je práce vhodně strukturována a poskytuje detailní popis technologických i biologických postupů. Vytkla bych zde jen pár nedostatků týkajících se například:
- více přehledněji prezentované experimentální části
- uvedení počtu vzorků, ze kterých byla provedena statistika
- postrádám ukázky uspořádání vláken vyrobených za různých rotačních rychlostí válce a vlivu na buňky, které popisujete pouze slovně. Dále není jasné, na jakých vzorcích PVDF byly následné experimenty, včetně stimulačních, provedeny.
3. Formální úprava a jazyková úroveň
Jazyková úroveň je velmi vysoká; studentka používá přesnou odbornou terminologii v češtině i angličtině (v abstraktu) a text nevykazuje výrazné gramatické či stylistické nedostatky. Grafické přílohy jsou vhodně zpracované. Celkově je práce po formální úrovni velmi pěkná.
4. Práce s literaturou
Studentka prokázala nadstandardní schopnost práce s odbornou literaturou. Seznam literatury obsahuje 92 relevantních zdrojů. Citace jsou v textu uváděny v souladu s normami a autorka dokázala získané poznatky kriticky porovnávat s vlastními experimentálními daty v obsáhlé diskusi.
5. Odborná úroveň, využitelnost výsledků a realizační výstup
Odborná úroveň práce je vynikající. Autorka prokázala mezioborové znalosti na pomezí elektrotechniky, materiálových věd a biologie. Mezi klíčové přínosy patří:
•    Realizační výstupy: Konstrukce funkčního indukčního systému s 3D tištěným obalem a vývoj poloautomatického softwarového nástroje v MATLABu pro analýzu buněčné konfluence.
•    Využitelnost: Výsledky prokazující efektivitu trojúhelníkového budicího signálu pro stimulaci proliferace buněk (nárůst na 27,39 % oproti kontrolám) mají přímý potenciál pro optimalizaci protokolů v tkáňovém inženýrství.

Souhrnné hodnocení a klasifikace
Diplomová práce Bc. Terezy Havlíkové představuje vysoce kvalitní práci, která přináší cenné poznatky o elektromagnetické stimulaci buněk na piezoelektrických nosičích.
Navržené hodnocení: 96 bodů (A – výborně) Otázky k obhajobě:
  1. 1. Jak dosahujete pevné a stabilní adhezivnosti vláken na plast během experimentu v kultivačním médiu a jak odstraňujete vlákna z alobalu po zesítění bez narušení jejich struktury?
  2. 2. Obr. 7.4 – PVDF vlákna jsou charakteristická poměrně značnou autofluorescencí, zvláště při barvení DAPI nebo FITC. Ze snímků, včetně SEM, je zřejmé, že se buňky nacházejí víceméně na povrchu skafoldu. Je toto ten cíl nebo je smyslem vytvořit 3D skafoldu s integrovanými buňkami uvnitř strukturní vlákenné sítě?
  3. 3. Lze nějakým způsobem zjistit, zda se při elektromagnetické stimulaci (popř. obecně) uplatnil také piezoelektrický efekt?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 96

Známka navržená oponentem: A

Důvod odložení zveřejnění

Zveřejnění této práce je odloženo v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších předpisů.

Ochrana duševního vlastnictví pro probíhající patentové řízení na uvedenou metodu a aparaturu.
Zajištění exkluzivity dat pro recenzní řízení a následnou publikaci v odborném vědeckém časopise, která vyžaduje předchozí nezveřejnění výsledků.

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová