The course Methods of studying biological activity builds its foundations on the basic knowledge in biology, physiology, biochemistry, molecular biology, pharmacology, inorganic and (bio)organic chemistry, analytical chemistry and biophysics; it connects and applies this knowledge. Students are introduced to a broad range of experimental approaches that are used to determine or confirm the biological activity of xenobiotics, including compounds of natural origin and their analogues. The course aims not only to introduce various model systems (from molecular and cellular to in vivo models), methods, their principles and instrumentation used to study biological activity, but also to analyze and provide students with a basis for problem solving during these assays.
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Předmět Metody studia biologické aktivity staví své základy na základních znalostech biologie, fyziologie, biochemie, molekulární biologie farmakologie, anorganické i (bio)organické chemie, analytické chemie i biofyziky; tyto znalosti propojuje a využívá. Studenti se seznámí s širokou škálou experimentálních přístupů, které se využívají ke stanovení či potvrzení biologické aktivity xenobiotik, kam patří i látky přírodního původu a jejich analoga. Cílem předmětu je studentům nejen představit různé modelové systémy (od molekulárních a buněčných až po in vivo modely), metody, jejich princip a instrumentaci používanou pro studium biologické aktivity, ale také poskytnout základ k analýze a řešení problémů během těchto stanovení.
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Course completion requirements -
The course is completed by an oral examination, which can be taken only after obtaining credit.
CREDIT:
participation in practical sessions (excuse only in the case of illness - supported by a physicians certificate)
fulfillment of assigned tasks
preparation and submission of protocols - results of individual tasks
ORAL EXAMINATION
2 questions (list of questions is available in the Study Materials on the faculty website)
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Předmět je zakončen ústní zkouškou, na kterou se lze přihlásit až po získání zápočtu.
ZÁPOČET:
účast na praktických cvičeních (omluva pouze při nemoci – doloženo potvrzením od lékaře)
splnění zadaných úloh
vypracování a odevzdání protokolů – výsledků jednotlivých úloh
ÚSTNÍ ZKOUŠKA
2 otázky (seznam otázek je k dispozici ve Studijních materiálech na webu fakulty)
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Literature - Czech
Doporučená:
Skálová, L.. Metabolismus léčiv a jiných xenobiotik. Praha: Karolinum, 2017, 171 s. ISBN 978-80-246-3733.
Hofmann, A., Clokie, S. (Eds.).. Wilson and Walker's Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology. Cambridge: Cambridge University Press, 2018, 929 s. ISBN 978-1-316-61476.
Smart, R.C., Hogson, E. (Eds.). Molecular and Biochemical Toxicology. New Jersey: Wiley, 2018, 1040 s. ISBN 978-1-119-04241-9.
Johnstone, W.R., Silke, J. (Eds.). Cell Death Techniques – A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2015, 514 s. ISBN 978-1-621820-12-3.
Stephens, D. (Ed.). Cell Imaging. Bristol: Scion Publishing, 2006, 303 s. ISBN 1-904842-04-6.
Haybaeck, J. (Ed.). Mechanisms of Molecular Carcinogenesis Volume 2. Cham: Springer International Publishing, 2017, 374 s. ISBN 978-3-319-53660-6.
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Teaching methods - Czech
přednášky a praktická cvičení
Ukončení předmětu: zápočet a zkouška
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Syllabus -
Cellular models
introduction to in vitro cell-based models
overview of cellular models, including specifics of cultivation and applications
3D models - from spheroids to organotypic models
microbial models and antimicrobial testing
Viability assessment and cell death
methods of determining viability and possible applications
cell death pathways
methods of determining apoptosis
methods of determining other types of cell death
Microscopic methods and instrumentation
introduction to optical microscopy
principle of fluorescence and confocal microscopy
immunocytochemistry and immunohistochemistry
advanced microscopic methods
practical use of microscopic methods
Effects of xenobiotics and their metabolism
molecular targets of xenobiotics
phase I and II biotransformation enzymes and their role in the action of xenobiotics
transporters
induction and inhibition of xenobiotic metabolizing enzymes
Oxidative stress, antioxidant protection and assays
reactive oxygen and nitrogen species, pro-oxidants
oxidative stress and damage to biological structures and functions
antioxidant system and antioxidants
methods of determining oxidative stress and antioxidant potential of compounds
Anticancer activity and mutagenic potential of compounds
chemical carcinogenesis
metabolism of carcinogenes and activation of pro-carcinogens
determination of anticancer activity
mutagenic potential of xenobiotics and its determination
In vivo and ex vivo models
issues and regulations on the use of animal models in the study of biological activity of xenobiotics
basic animal models and their characteristics
methods of administration and sample collection in in vivo studies
organ and tissue ex vivo models
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Buněčné modely
úvod do in vitro buněčných modelů
přehled buněčných modelů, včetně specifik kultivace a využití
3D buněčné modely – od sféroidů po organotypické modely
mikrobiální modely a testování antimikrobiálního účinku látek
Hodnocení životaschopnosti a buněčná smrt
metody stanovení životaschopnosti a možnosti jejich využití
dráhy buněčné smrti
metody stanovení apoptózy
metody stanovení jiných typů buněčné smrti
Mikroskopické metody a instrumentace
úvod do optické mikroskopie
princip fluorescenční a konfokální mikroskopie
imunocytochemie a imunohistochemie
pokročilé mikroskopické metody
praktické využití mikroskopických metod
Působení xenobiotik a jejich metabolismus
molekulární cíle působení xenobiotik
biotransformační enzymy I. a II. fáze a jejich role v účinku xenobiotik
transportéry
indukce a inhibice enzymů metabolizujících xenobiotika
Oxidativní stres, antioxidační ochrana a metody stanovení
reaktivní formy kyslíku a dusíku, pro-oxidanty
oxidativní stres a poškození biologických struktur a funkcí
antioxidační systém a antioxidanty
metody stanovení oxidačního stresu a antioxidačního potenciálu látek
Protinádorová aktivita a mutagenní potenciál látek
chemická karcinogeneze
metabolismus karcinogenních látek a aktivace prokarcinogenů
stanovení protinádorové aktivity
mutagenní potenciál xenobiotik a jeho stanovení
In vivo a ex vivo modely
problematika a legislativa využití zvířecích modelů ve studiu biologické aktivity látek
základní zvířecí modely a jejich charakteristika
metody podávání látek a získávání vzorků v in vivo studiích
orgánové a tkáňové ex vivo modely
Last update: Rydval Miroslav, Ing. (08.07.2025)
Learning outcomes - Czech
Předmět Metody studia biologické aktivity staví své základy na základních znalostech biologie, fyziologie, biochemie, molekulární biologie, farmakologie, anorganické i (bio)organické chemie, analytické chemie i biofyziky; tyto znalosti propojuje a využívá. Studenti se seznámí s širokou škálou experimentálních přístupů, které se využívají ke stanovení či potvrzení biologické aktivity látek tělu cizích tzv. xenobiotik – mj. tedy i látek přírodního původu a jejich analog.
Studující po absolvování předmětu umí použít následující termíny (včetně jejich běžně užívaných zkratek) ve správném kontextu směrem k jejich využívání v biologickému hodnocení aktivity xenobiotik: xenobiotikum, transport a metabolizmus xenobiotik, biotransformační enzym, induktor, inhibitor, oxidativní stres, ROS, antioxidant, (pro)karcinogen, promotor karcinogeneze, kokarcinogen, buněčná kultura, 3D modely, sféroid, organoid, zvířecí model, xenograft, životaschopnost, , luciferáza, PCR, elektroforéza, westernblott, buněčná smrt, apoptóza, nekróza, autofagie, senescence, optická mikroskopie, fluorescenční mikroskopie, konfokální mikroskopie, imunohistochemické a imunocytochemické metody, in vitro, in vivo, ex vivo, statistická analýza.
Výsledky učení:
Studující na základě získaných znalostí a dovedností:
definují význam hodnocení biologické aktivity xenobiotik;
orientují se ve vyhledávání relevantních dat v literatuře;
vysvětlí jednotlivé úrovně experimentálních modelů hodnocení biologické aktivity a posoudí jejich rozdíly – výhody, nevýhody a omezení;
na příkladech vysvětlí principy a omezení nejpoužívanějších metod hodnocení životaschopnosti buněčných modelů a navrhnou vhodnou metodu stanovení na konkrétním případě;
vysvětlí pojmy související s účinkem xenobiotik – především toxický, (anti)oxidační, karcinogenní a antimikrobiální účinek a účinek na aktivitu enzymů;
orientují se v typech buněčné smrti a metodách jejich identifikace a stanovení;
vysvětlí hlavní rozdíly v mikroskopických technikách a na příkladech uvedou jejich praktické použití směrem k různým typům preparátů;
shrnou legislativní a etickou problematiku týkající se využívání laboratorních zvířat a na příkladech navrhnou alternativní přístup k hodnocení aktivity nevyužívající zvířecí model;
otestují toxický účinek xenobiotika, vyhodnotí a interpretují získaná experimentální data;
