Vývoj biomimetických povrchů pro studium buněčných interakcí

Mgr. Jakub Pospíšil, Ph.D.

Doctoral thesis

Development of biomimetic surfaces for studying of cellular interactions

Abstract:

Mezibuněčné interakce a interakce buněk s extracelulární matrix jsou klíčové pro udržení homeostázy v tkáních a orgánech během vývoje i v dospělosti. Studium těch-to interakcí je v současnosti limitováno dostupnými technologiemi, které neumožňují přesně definovanou distribuci molekulárních domén v experimentálních systémech. V této práci se zaměřuji na vývoj a optimalizaci unikátního přístupu elektronové li-tografie (EBL), který je založen na fyzikální úpravě kultivačních povrchů v nano rozměrech a kovalentní vazbě proteinových domén, umožňujících buněčnou inter-akci. Jako modelové molekuly jsou použity proteiny z rodiny Ephrinů. Práce využívá široké spektrum technik buněčné a molekulární biologie, včetně pokročilého mikroskopického zobrazování, jako jsou super-rozlišovací techniky: expanzní mikro-skopie (ExM) a mikroskopie založené na strukturované iluminaci (SIM). Dosažené výsledky pozorované na buněčné linii kmenových buněk hESC (CCTL14) ukazují, že přesná nanodistribuce bio-domén do velké míry ovlivňuje buněčné chování. Věříme, že vytvořené biomimetické nanostrukturované povrchy můžou být díky své univer-zálnosti využity ke studiu mnoha biologických aspektů a zpřístupní studium toho, jakými mechanismy probíhají buněčné interakce na nanometrové úrovni.

Abstract:

Interactions between cells and cellular interaction with the extracellular matrix are crucial for maintaining homeostasis in tissues and organs during development and adulthood. The study of these interactions is currently partially limited by accessible methodologies that do not allow a well-defined distribution of molecular domains in experimental systems. In this work, we focus on the development and optimization of a unique electron beam lithography (EBL) approach that is based on physical cell culture surface modification at the nanoscale combined with covalent binding of protein domain for supporting cellular interaction. Proteins from the Ephrin family are used as model molecules. The work employs a wide range of cell and molecular biology techniques, including advanced microscopy imaging, particularly super-resolution expansion microscopy (ExM) and structured illumination microscopy (SIM). Our results with the hESC stem cell line (CCTL14), show that the precise nanodistribution of bio-domains significantly influences cellular behavior. We believe that the developed biomimetic nanostructured material, because of its versatility, can be used to study many biological aspects and will enable the study of the mechanisms underlying cellular interactions at the nanometre level.

Keywords

biomimetický materiál, nanodistribuce, buněčné interakce, kmenové buňky, tkáňové inženýrství

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 12. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 2. 5. 2023
• Supervisor: doc. MVDr. Aleš Hampl, CSc.
• Reader: MUDr. Zdeněk Hodný, CSc., doc. Mgr. Karel Kubíček, PhD.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Biomedical sciences / Cell and Tissue Morphology