Impact of nanomaterials on mesenchymal stem cells and tissue regeneration

• Název práce v češtině: Vliv nanomateriálů na mezenchymální kmenové buňky a na regeneraci tkání
• Název v anglickém jazyce: Impact of nanomaterials on mesenchymal stem cells and tissue regeneration
• Klíčová slova: mezenchymální kmenové buňky, cytokíny, růstové faktory, nanomateriály, regenerace tkání
• Klíčová slova anglicky: mesenchymal stem cells, cytokines, growth factors, nanomaterials, tissue regeneration
• Akademický rok vypsání: 2020/2021
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra buněčné biologie (31-151)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Vladimír Holáň, DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 05.10.2020
• Datum zadání: 05.10.2020
• Datum odevzdání elektronické podoby: 29.02.2024
• Oponenti: prof. RNDr. Marie Hubálek Kalbáčová, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Mezenchymálne kmeňové bunky (MSC) sú vhodným prostriedkom k využitiu v regeneratívnej medicíne a bunečnej terapii. Majú schopnosť diferencovať na potrebný bunečný typ v mieste poškodenia, kde preferenčne migrujú. Taktiež dokážu pôsobiť imunoregulačne a protizápalovo na bunky imunitného systému. Na regenerácii sa podieľajú buď priamym medzibunečným kontaktom alebo produkciou cytokínov a rastových faktorov.
Nanomateriály ako súčasť medicínskych produktov sú stále častejšie používané v klinickej liečbe, ale ich vplyv na ľudský organizmus stále není plne preskúmaný. Nanočastice (NP) môžu negatívne ovplyvňovať všetky vlastnosti buniek. Negatívny vplyv na kmeňové bunky by mohol spôsobiť spomalenú regeneráciu a hojenie tkanív.
Cieľom doktorského projektu bude štúdium vplyvu panelu definovaných NP na rast, metabolickú aktivitu, fenotyp, apoptózu, expresiu génov, sekréciu cytokínov, diferenciačný potenciál a na funkčné vlastnosti myších MSC. Bolo ukázané, že ex vivo kultivované MSC podané do miesta poškodenia, sú krátko žijúce. Diskutuje sa, že terapeutický efekt MSC je sprostredkovaný makrofágmi, ktoré fagocytujú apoptické MSC v mieste poškodenia. Preto ďalším cieľom bude skúmať vplyv NP na schopnosť MSC ovplyvniť fagocyty k produkcii cytokínov a rastových faktorov. Taktiež bude skúmaný toxický efekt rôznych NP na MSC - meranie produkcie reaktivnych kyslíkových radikálov, lipidovej peroxidácie, fragmentácie a oxidácie DNA, frekvencie tvorby microjadier a bunečného cyklu v rôznych časových úsekoch po expozícii NP. Projekt ukáže riziká spojené s používaním liečiv a prístrojov obsahujúcich nanočastice v období hojenia a regenerácie tkanív.
Oddelenie nanotoxikológie a molekulárnej epidemiológie Ústavu experimentálnej medicíny AV ČR, v. v. i. je dostatočne technicky vybavené pre realizáciu požadovaných experimentov a pre prácu s tkanivovými kultúrami. Na pracovišti je zavedený protokol kultivácie MSC.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Mesenchymal stem cells (MSCs) are a suitable tool for the application in regenerative medicine and cell therapy. They have the ability to differentiate into the necessary cell type at the site of damage, where they preferentially migrate. MSCs also have an immunoregulatory and anti-inflammatory effect on the cells of the immune system. They participate in regeneration either through direct intercellular contact or through the production of cytokines and growth factors.
Nanomaterials as part of medical products are increasingly used in clinics, but their impact on the human body is still not fully explored. Nanoparticles (NPs) can negatively affect all cell properties. A negative effect on stem cells could cause slowed tissue regeneration and healing.
The aim of the doctoral project will be to study the impact of a panel of defined NPs on the growth, metabolic activity, phenotype, apoptosis, gene expression, cytokine secretion, differentiation potential and functional properties of mouse MSCs. It has been shown that ex vivo cultured MSCs administered to the site of injury are short-lived. It has been suggested that the therapeutic effect of MSCs is mediated by macrophages that phagocytose apoptotic MSCs at the site of injury. Therefore, another goal will be to investigate the effect of NPs on the ability of MSCs to influence phagocytes to produce cytokines and growth factors. The toxic effect of different NPs on MSCs will also be investigated - measurement of production of reactive oxygen species, lipid peroxidation, fragmentation and oxidation of DNA, frequency of micronuclei formation and cell cycle in different time points after exposure to NPs. The project will show the risks associated with the use of drugs and devices containing nanoparticles during the period of tissue healing and regeneration.
Department of Nanotoxicology and Molecular Epidemiology of the Institute of Experimental Medicine of the Academy of Sciences of the Czech Republic, v. v. i. is technically equipped to perform the required experiments and to work with tissue cultures. An MSC cultivation protocol is well established at the workplace.