Buňka a buněčná mechanika - KME/BBM

Garant

Cíle předmětu

Určeno studentům oboru Mechanika
Buňka představuje základní stavební jednotku všech živých tkání. Je složena z buněčného obalu, buněčného jádra, opěrné sítě cytoskeletárních filament, cytosolu a membránových organel. Součástí přednášek je popis buněk a buněčných komponent, popis stavebních proteinů cytoskeletální sítě, které zodpovídají za mechanické vlastnosti buněk, popis vzájemných interakcí buněčných částí a popis buněčného pohybu. Dále se předmět věnuje současným poznatkům v oblasti měření mechanických vlastností na molekulární a buněčné úrovni. Posluchačům budou představeny nejnovější měřící techniky, mezi které patří mikroskopie atomárních sil, optické a magnetické metody, metoda odtrhávání mikropipetou, mikroskopie trakčních sil, MEMS systémy a další.
V neposlední řadě budou prezentovány nové trendy v modelování na molekulární a buněčné úrovni: MKP, mikroreologie poddajného skla, tensegrity a semi-flexibilní polymery.

Přehled látky

1. týden:
Přednáška - Rozdělení buněk na prokaryotické a eukaryotické (rostlinné a živočišné) a jejich základní rozdíly, velikost, tvar a struktura. Složení buněk: cytoskelet, membránový skelet, cytosol a membránové organely. Mimobuněčná hmota a její mechanické vlastnosti. Buněčné spoje a adhézní molekuly. Typy tkání (epitelová, pojivová, svalová, nervová), jejich výskyt a funkce.
2. týden:
Přednáška - Popis cytoskeletu a membránového skeletu. Funkce cytosleketu. Vizualizace cytoskeletu: světelná mikroskopie, video mikroskopie, fluorescenční mikroskopie, elektronová mikroskopie. Tři základní složky cytoskeletu (aktinová filamenta, mikrotubuly, střední filamenta), jejich velikost, struktura, funkce, stabilita a mechanické vlastnosti. Proteiny asociované s cytoskeletární sítí.
3. týden:
Přednáška - Buněčný pohyb. Buněčné motory. Dendritický nukleární model tvorby lamlipodií. Pohyb podél mikrotubulů (kinesin, dynein). Pohyb podél aktinových filament (myosin). Ameboidní pohyb. Pohyb pomocí řasinek a bičíků. Aktomyosinový pohyb (dělení buněk, svalová kontrakce). Protonová pumpa. Signálování cytoskeletu.
4. týden:
Přednáška - Mechanické vlastnosti buněk - elastické, viskózní. Reologie, mikroreologie. Základní přehled měřicích technik na buněčné úrovni.
5. týden:
Přednáška - AFM (mikroskopie atomárních sil) - kontaktní, bezkontaktní. Základní princip. Příklady použití - vyhodnocení získaných dat.
6. týden:
Přednáška - Micropipette aspiration (odtrhávání mikropipetou). Základní princip. Příklady použití - vyhodnocení získaných výsledků.
7. týden:
Přednáška - Traction force microscopy (mikroskopie trakčních sil). Základní princip. Příklady použití - vyhodnocení získaných výsledků.
8. týden:
Přednáška - Optické měřící metody: optická pinzeta, optická past, Brownův pohyb. Základní principy. Příklady použití - vyhodnocení získaných výsledků.
9. týden:
Přednáška - Magnetické měřící metody: magnetická pinzeta, magnetická torzní cytometrie. Základní principy. Příklady použití - vyhodnocení získaných výsledků.
10. týden:
Přednáška - Měřící metoda dvou mikrodesek: tahová, tlaková zkouška. Základní principy. Příklady použití - vyhodnocení získaných výsledků.
11. týden:
Přednáška - Shear flow methods (metody smykového toku). MEMS. Základní principy. Příklady použití - vyhodnocení získaných výsledků.
12. týden:
Přednáška - Porovnání jednotlivých měřících technik. Faktory ovlivňující mechanické vlastnosti buněk a buněčných komponent.
13. týden:
Přednáška - Modelování na molekulární a buněčné úrovni: semi-flexibilní polymery, MKP, tensegrity, reologie poddajných skel. Opakování.

Odborné dovednosti po absolvování předmětu

    Požadavky na studenta

    Požadavky k zápočtu:
    Úspěšné vypracování zápočtového testu.
    Požadavky ke zkoušce:
    Aktivní znalost přednášené látky a schopnost orientovat se v moderních metodách používaných v buněčné a molekulární mechanice.

    Doporučená literatura

    Více informací o předmětu (portál ZČU)

    Patička