Zahlavi

Témata studentských prací

Identifikace iontů primárního kosmického záření
Typ:   Bakalářská nebo diplomová práce
Vedoucí:   Iva Ambrožová (ambrozova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Kosmické záření představuje zdravotní riziko pro posádky vesmírných misí. Je tvořeno celou řadou různých částic s různou energií, skládá se z primárních iontů galaktického a slunečního záření a také ze sekundárních částic vzniklých při interakcích primárního záření se stěnami lodi a okolním materiálem. Jednou z možností, jak různé komponenty záření odlišit a stanovit příspěvek jednotlivých iontů primáního záření k celkovému ozáření, je pomocí detektorů stop v pevné fázi a metody postupného leptání.
Úkol:   Cílem práce bude nejprve se seznámit s kosmickým zářením a metodikou vyhodnocování detektorů stop. Dále navrhnout nejvhodnější algoritmus pro metodu postupného leptání a s jeho pomocí vyhodnotit detektory ozářené na palubě ISS a identifikovat jednotlivé ionty primárního kosmického záření.

 

Studium odezvy různých termoluminiscenčních detektorů v pulsních svazcích elektronů
Typ:   Bakalářská, výzkumná nebo diplomová práce  
Vedoucí:   Iva Ambrožová (ambrozova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Nedávné radiobiologické experimenty ukázaly, že ozařování nádorů svazkem elektronů s velmi vysokou dávkou na puls (tzv. Flash radioterapie) může významně snížit nežádoucí vedlejší účinky. Nicméně měření dávek v takových podmínkách (pulsy s dávkou mnohem vyšší než u konvenční radioterapie) představuje určitou výzvu, protože rutinní dozimetry zde mohou selhávat. K testování a ověřování odezvy detektorů použitelných pro měření ve svazcích s vysokou dávkou na puls může být použit svazek elektronů produkovaný mikrotronem MT25. Cílem práce bude studovat a porovnat odezvu několika různých typů termoluminiscenčních detektorů ozářených v elektronových pulsních svazcích.
Úkol:   Student se nejprve seznámí s metodou termoluminiscenční dozimetrie. V praktické části práce nejprve provede kalibraci detektorů pomocí kalibračního zdroje fotonů a ověří linearitu závislosti odezvy na dávce. Dále pak provede experiment ve svazcích elektronů s různou energií na mikrotronu MT25 s použitím několika různých typů termoluminiscenčních detektorů, které následně vyhodnotí a porovná jejich odezvu.

 

Variace spekter fotonového záření na observatoři Milešovka
Typ:   Bakalářská, výzkumná nebo diplomová práce  
Vedoucí:   Iva Ambrožová (ambrozova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Intenzita ionizujícího záření měřeného na jednom místě na zemském povrchu může být ovlivněna různými faktory, mezi které patří objemová koncentrace radonu ovlivněná meteorologickými podmínkami (hlavně srážkami), variace kosmického záření nebo záření, které může vznikat v bouřkových mracích. Cílem práce bude studovat vliv různých faktorů na krátko i dlouhodobé variace spekter fotonového záření měřených scintilačním detektorem na observatři Milešovka.
Úkol:   Student se nejprve na základě rešerše odborné literatury seznámí se spektrometrií gama, principem scintilačních detektorů s anorganickým krystalem a možnými faktory ovlivňujícími fotonová spektra. V praktické části práce nejprve ověří v laboratorních podmínkách vlastnosti konkrétního spektrometru gama a jeho energetickou kalibraci. Dále se bude podílet na vlastních měřeních s daným spektromtrem na Milešovce a následné analýze výsledků. Data získaná pomocí gama spektrometru budou dále srovánana s měřeními pomocí detektoru Sevan a dalších přístrojů.

 

Měření ve směsných polích záření a rozlišení příspěvku různých částic pomocí jednoduché PIN diody
Typ:   Diplomová práce

 

PIN dioda II

PIN dioda I

Vedoucí:   Iva Ambrožová (ambrozova@ujf.cas.cz), školitel specialista Martin Kákona
Úvod:   K měření ionizujícího záření se často používá polovodičová dioda. Její výhodou je, že je poměrně levná, jednoduchá a nenáročná na provoz. Protože účinnost polovodičových diod pro detekci neutronů je malá, používají se různé radiátory, které konvertují neutrony na detekovatelné částice (jako jsou např. protony nebo alfa částice). Pole neutronů však bývají doprovázena také fotonovým zářením a ve většině případů je obtížné od sebe příspěvek jednotlivých částic odlišit.
Úkol:   Cílem práce bude ověřit možnosti použití jediné PIN diody s vhodným radiátorem pro měření a odlišení příspěvku různých druhů záření (např. fotonů a neutronů) na základě analýzy jednotlivých pulsů [CZ Patent 307570, 308563]. Po seznámení se se základními principy PIN diod student provede experimenty v různých svazcích záření (např. radiační pole produkované radionuklidy, svazek protonů produkovaný cyklotronem, svazek elektronů produkovaný mikrotronem) a bude diskutovat možnosti použití této diody pro charakterizování radiačního pole pro různé situace (klasická pole záření, pulsní svazky, možnosti použití v radioterapii). Experimentální data mohou být dále srovnána se simulacemi pomocí Monte Carlo kódů a měřeními pomocí dalších detektorů.
Možnosti použití scintilačního detektoru Airdos-C pro monitorování úrovně záření na palubách letadel
Typ:   Diplomová práce

do letadla uderil blesk

 

 

Vedoucí:   Iva Ambrožová (ambrozova@ujf.cas.cz), školitel specialista Martin Kákona
Úvod:   Posádky letadel a cestující jsou vystaveni zvýšené radiaci v důsledku působení převážně kosmického záření. Měření úrovně ozáření na palubách letadel však není jednoduchá záležitost. Radiační pole v letových výškách se skládá z celé řady částic pokrývající široké rozmezí energií, navíc radiační pole není konstantní v čase a prostoru a v důsledku různých jevů (sluneční události, bouřky) může dojít k několikanásobnému zvýšení dávky. Pro dlouhodobé umístění a monitorování na palubách letadel je potřeba, aby daný detektor byl pokud možno malý, lehký a nenáročný na provoz a spotřebu elektrické energie. Většina dosud používaných detektorů určených pro dlouhodobé měření na palubách letadel byla založena na Si diodě. Nicméně polovodičové detektory nejsou příliš vhodné pro detekci vysokoenergetického záření gama, které může být generováno v bouřkách.
Úkol:   Cílem práce bude ověřit možnosti použití scintilačního detektoru Airdos-C s anorganickým krystalem pro dlouhodobé monitorování úrovně ozáření na palubách letadel a navrhnout metodu pro stanovení H*(10).
Student se nejprve na základě rešerše odborné literatury seznámí s radiačním polem na palubách letadel a možnostmi jeho monitorování. Dále se seznámí se základními principy detektoru Airdos-C a vyhodnotí výsledky měření z několika letů, které srovná se simulacemi a s odezvou dalších přístrojů jako je např. TEPC Hawk, který se používá jako referenční detektor pro měření na palubách letadel. 
Vybrané kvaziperiodické variace kosmického záření a atmosférických charakteristik
Typ:   Bakalářská nebo diplomová práce, s možností pokračovat v doktorandském studiu
Vedoucí:   Ondřej Ploc (ploc@ujf.cas.cz)
Úvod:   Časové řady měření kosmického záření pozemními detektory projevují kvaziperiodické variace. Jejich původ souvisí s cyklickými změnami sluneční aktivity, rekurentními změnami meziplanetárního magnetického pole a charakteristik slunečního větru, respektive s periodickými změnami magnetosféry Země. Většinou se pro atmosférické korekce dat neutronových nebo mionových detektorů používají lokální parametry atmosféry, jako jsou tlak, teplota a podobně. Korekce jsou většinou prováděny v linearizovaném přiblížení.
Úkol:   Úlohou studenta bude, po seznámení se s kosmickým zářením a jeho detekcí na zemském povrchu, popsat denní variaci nekorigované intenzity kosmického záření měřené neutronovým monitorem a tlaku, teploty a možná i vlhkosti ve dvou odlišných nadmořských výškách a zjistit, zda jsou v reziduu přítomné kvaziperiodické variace. Jejich výskyt by pomohl zdokonalení korekce podobně jako v práci [1] věnované korekcím mionových měření. Pro detektor SEVAN na Lomnickém štítě by student mohl provést podobnou analýzu. V druhé části práce by student provedl spektrální a waveletovou analýzu kvaziperiodicity, v kosmickém záření i atmosférických parametriech okolo 27 dní, tedy odpovídající rotaci slunečního disku [2]. Práce by přispěla k řešení projektu CRREAT.
[1] Mohanty P. K. et al., Astroparticle Physics 70 (2016), 23-30
[2] Edmonds I., Astrophysics (2013), pdf

 

Využití metod rozpoznávání obrazu pro vyhodnocování jaderných emulzí
Typ:   Bakalářská práce, výzkumný úkol, nebo diplomová práce s možností pokračování v návazných pracech  
Vedoucí:   Václav Štěpán (stepan@ujf.cas.cz)
Úvod:   Jaderné emulze umožňují zobrazovat stopy ionzujícího záření pomocí techniky analogické fotografickému filmu. Ve vrstvě silné jednotky až stovky mikrometrů jsou zachyceny trojrozměrné obrazy interakcí nabitých částic či neutronů - ať už z částic kosmického záření, urychlovačů, nebo atomů v emulzi rozptýlených radioaktivních prvků. Důležitou a časově velmi náročnou částí je zpracování obrazu a dohledávání těch správných, zajímavých a málo četných interakcí.
Úkol:   Cílem bude ve spolupráci s kolegy v JINR v Dubně navrhnout řešení pro co nejvíce automatickou identifikaci a vyhodnocení zajímavých částí ve větších plochách již nasnímaného obrazu. Pro řešení předpokládáme použití nástrojů Python, Matlab a v dalších fázích pak knihovny Tensorflow.

 

Vliv ionizujícího záření na specifickou interakci DNA s proteiny
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Marie Davídková (davidkova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Teoretické modelování se v radiobiologii používá pro doplnění experimentálních studií nebo predikce jevů, které v současné době nelze experimentálně sledovat.
Úkol:   Předmětem rešeršní práce je na základě studia odborné literatury (učebnice, knihy, odborné časopisy) vypracovat přehled dostupných informací o radiačním poškození proteinů, schopnosti proteinů tvořit specifické komplexy s DNA a o stabilitě těchto interakcí v podmínkách ozařování zářením různé kvality. Diplomová práce by se zabývala teoretickým modelováním účinků nabitých částic na vybraný biologicky významný komplex DNA s proteinem.

 

Studium radiačního poškození DNA na nanostrukturách DNA
Typ:   Bakalářská, výzkumná nebo diplomová práce, s možností pokračovat v doktorandském studiu
Vedoucí:   Marie Davídková (davidkova@ujf.cas.cz), školitel specialista Jaroslav Kočišek
Úvod:   Radiační poškození DNA je nejdůležitější změnou jakou může způsobit ionizující záření v živém organizmu. S ohledem na komplexitu biologických systémů je studium primárního radiačního poškození obtížné. Reálné prostředí buňky nebo tkáně neumožňuje separaci jednotlivých procesů, které často v synergii poškozují DNA. Studium jednotlivých procesů na molekulové úrovni pak neumožňuje plně vyhodnotit vlivy prostředí, komplexity DNA nebo zmíněné synergie. Vzniká tak mezera mezi těmito dvěma přístupy, která brání vyhodnotit, které z procesů pozorované na molekulové úrovni, jsou pro radiační poškození DNA skutečně důležité. Určení důležitosti jednotlivých procesů by umožnilo optimalizaci či vývoj nových přístupů využitelných v radiační terapii, nebo vývoj nových způsobů radiační ochrany. Cílem navrhované práce je překlenutí zmíněné mezery ve studiu novou metodou studia na origami nanostrukturách DNA. Nanostruktury DNA umožňují přesné vyhodnocení radiačního poškození DNA za vysoce kontrolovaných podmínek experimentu. Příkladem je práce ze spolupracující laboratoře ukazující vliv DNA sekvence na intenzitu poškození DNA způsobeného nízkoenergetickými elektrony, důležitými sekundárními částicemi produkovanými při interakci ionizujícího záření s hmotou [1]. Kromě obeznámení se s radiační fyzikou DNA student získá také zkušenosti s nejmodernějšími experimentálními metodami přípravy nanostruktur a analýzou vzorků pomocí mikroskopie atomárních sil s dobrou možností uplatnění v praxi.
[1] Keller A. et al.: Sequence dependence of electron-induced DNA strand breakage revealed by DNA nanoarrays. Scientific Reports 4, Article number: 7391 (2014)
Úkol:   Úlohou studenta bude, obeznámit se se základní chemií probíhající po průchodu ionizujícího záření živou tkání a procesy, kterými sekundární částice poškozují DNA. Student se seznámí s technikou přípravy DNA nanostruktur na spolupracujícím pracovišti v Postdam University (DE) a jejich analýzou pomocí mikroskopie atomárních sil na Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského. Následně budou provedeny experimenty s cílem určit vliv chemického složení prostředí na radiační poškození DNA.

 

Kombinovaný účinek radiace a organometalik při poškození DNA
Typ:   Bakalářská, výzkumná nebo diplomová práce, s možností pokračovat v doktorandském studiu
Vedoucí:   Marie Davídková (davidkova@ujf.cas.cz), školitel specialista Jaroslav Kočišek
Úvod:   Organometalika jsou molekuly sestávající z alespoň jednoho atomu kovu a organických ligandů. Typickým příkladem je cisplatina, nejrozšířenější chemoterapeutikum k léčbě rakoviny. Při kombinaci chemoterapeutické léčby cisplatinou s radioterapií byl zjištěn tzv. synergický efekt. Tedy vyšší účinek kombinované terapie než by byl účinek samostatně aplikované chemoterapie a radioterapie. Tento synergický efekt je důsledkem sensitizace DNA vůči radiačnímu poškození po navázání cisplatiny. Mechanismus, který vede k sensitizaci DNA není znám. Jedna z teorií předpokládá, že cisplatina zvyšuje reaktivitu DNA se sekundárními nízkoenergetickými elektrony. V laboratoři v Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR byly navrženy nové organometalické sloučeniny na bázi titania, pomocí kterých chceme ověřit univerzálnost této teorie a její aplikovatelnost při vývoji nových radiosensitizerů.
Úkol:   Úlohou studenta bude, seznámit se s metodou analýzy poškození DNA pomocí agarové gelové elektroforézy. Následně budou provedeny experimenty s cílem určit radiosensitizační potenciál vybraných organometalických molekul.

 

Postradiační reakce biomolekul
Typ:   Bakalářská, výzkumná nebo diplomová práce, s možností pokračovat v doktorandském studiu
Vedoucí:   Marie Davídková (davidkova@ujf.cas.cz), školitel specialista Jaroslav Kočišek
Úvod:   Při každé ionizaci dochází k vyražení elektronu z atomu. Při průchodu ionizujícího záření hmotou proto vzniká obrovský počet iontů ale i tzv. sekundárních elektronů (například pro proton je to přibližně 10000 elektronů na každý MeV energie záření). Tyto ionty a elektrony pak můžou interagovat s molekulami v látce a indukovat různé chemické změny. V živých organizmech je příkladem takových změn tvorba zlomů DNA. Bylo ukázáno, že poškození DNA elektrony má rezonanční charakter zodpovídající procesu nazývanému disociativní záchyt elektronu [1]. Tento proces je aktivně studován ve snaze porozumět postiradiační chemii v živých organizmech. Dalším důležitým procesem je pak coulombická exploze vysvětlující transport reaktivních iontů v okolí ionizační dráhy. Problémem je, že tyto procesy jsou primárně studovány pro izolované molekuly ve vakuu. V Oddělení dynamiky molekul a klastrů Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského vyvinuli metodu přípravy mikro-hydratovaných molekul umožňující studovat vliv prostředí na tyto reakce. Po předchozím studiu DNA bází [2] se chtějí zaměřit na studium interakce elektronů s peptidy, které poskytují přirozenou ochranu DNA v buněčném prostředí.
[1] Boudaiffa et al.: Resonant formation of DNA strand breaks by low-energy (3 to 20 eV) electrons. Science 2000, 287(5458):1658
[2] Kocisek et al.:Microhydration Prevents Fragmentation of Uracil and Thymine by Low-Energy Electrons. JPC Letters 2016, 7 (17):3401
Úkol:   Úlohou studenta bude seznámit se s elementárními interakcemi elektronů a iontů s molekulami, s důrazem na disociativní záchyt elektronů a coulombickou explozi. Dále se student obeznámí s experimenty užívanými ke studiu disociativního záchytu elektronu v laboratoři v ÚFCH-JH a studiu coulombické exploze na urychlovači iontů GANIL v Caen, Francie. Aktivně se zapojí do měření na těchto zařízeních a analýzy dat v programovém prostředí CERN ROOT.

 

Mechanistické modelování biologických účinků ionizujícího záření: Rozšíření modelů PARTRAC o buněčnou inaktivaci
Typ:   Bakalářská práce, výzkumný úkol nebo diplomová práce  
Vedoucí:   Pavel Kundrát (kundrat@ujf.cas.cz
Úvod:   PARTRAC je mechanistický nástroj pro simulace biologických účinků ionizujícího záření na subcelulární a celulární úrovni. Integruje poznatky radiační fyziky, chemie a biologie. Modeluje poškození DNA a jejich opravy v závislosti na dávce, dávkovém příkonu a kvalitě záření. Počáteční poškození jsou simulována překrytím multiškálových modelů DNA a chromatinu se stopami fotonů, elektronů, protonů či iontů, včetně primárních produktů radiolýzy, jejich difúze a reakcí. Odezva na poškození a vznik chromozomálních aberací je modelována s explicitním započtením pohyblivosti a enzymatických reakcí na zlomech DNA.
Úkol:   Cílem navrhované práce je rozšířit PARTRAC o buněčnou inaktivaci, klíčový parametr v radiobiologii, který je vysoce relevantní pro radioterapii. To vyžaduje následující úpravy modelů: Zaprvé budou současné simulace, které pracují pouze s jednou strukturou chromatinu, rozšířeny o řadu alternativních modelů chromatinu, aby byla zohledněna variabilita mezi buňkami a dynamika chromatinu v buňce i rozdílná struktura hetero- a euchromatinových oblastí. Zadruhé bude existující modul popisující opravy poškození DNA rozšířen o explicitní započtení subdifúzní mobility poškozeného chromatinu a o rozdíly mezi hetero- a euchromatinovými oblastmi v mobilitě a přeuspořádání chromatinu po radiačním poškození. Model (kanonického) nehomologního spojování konců (non-homologous end joining, NHEJ) bude doplněn o odhad příspěvku ostatních reparačních procesů. Zatřetí bude na základě existujícího modelu chromozomálních aberací a specifických hypotéz o letalitě jejich jednotlivých typů vypracován model buněčné inaktivace. Mechanické parametry kódu PARTRAC budou spojeny s experimentálními daty buněčné inaktivace. Dlouhodobé aplikace výsledků zahrnují oblast radiobiologie, radiační ochrany a konvenční i inovativní radioterapie. Dané téma je ideální pro doktoranda se zájmem o biofyziku, aplikovanou jadernou fyziku nebo mechanistické modelování, jeho části však mohou být i předměty diplomových nebo bakalářských prací v těchto oborech.

 

Mechanistické modelování biologických účinků ionizujícího záření: Rozšíření modelů PARTRAC o simulace v makroskopických objemech
Typ:   Bakalářská práce, výzkumný úkol nebo diplomová práce  
Vedoucí:   Pavel Kundrát (kundrat@ujf.cas.cz
Úvod:   PARTRAC je mechanistický nástroj pro simulace biologických účinků ionizujícího záření na subcelulární a celulární úrovni. Integruje poznatky radiační fyziky, chemie a biologie. Modeluje poškození DNA a jejich opravy v závislosti na dávce, dávkovém příkonu a kvalitě záření. Počáteční poškození jsou simulována překrytím multiškálových modelů DNA a chromatinu se stopami fotonů, elektronů, protonů či iontů, včetně primárních produktů radiolýzy, jejich difúze a reakcí. Odezva na poškození a vznik chromozomálních aberací je modelována s explicitním započtením pohyblivosti a enzymatických reakcí na zlomech DNA.
Úkol:   Modely PARTRAC a jejich aplikace jsou limitovány výpočetní náročností simulací, nezapočtením jaderných reakcí při modelování průchodu ionizujícího záření hmotou a nemožností simulovat interakce neutronů. K odstranění těchto omezení bude PARTRAC propojen s radiačním transportním kódem Geant4. Bude navrženo rozhraní poskytující informaci o druhu, energiích a směrech pohybu částic v milimetrových voxelech z kódu Geant4 tak, aby tato data sloužila jako vstupní informace o radiačním poli pro nano- a mikrometrové simulace PARTRAC. Bude modelována biologická účinnost fotonových, elektronových, protonových a iontových svazků relevantních v radioterapii nebo radiační ochraně.

Výsledky projektu pomohou vysvětlit rozdíly v biologické účinnosti různých radiačních polí. Dlouhodobé aplikace výsledků zahrnují oblast radiobiologie, radiační ochrany a konvenční i inovativní radioterapie.

Dané téma je ideální pro doktoranda se zájmem o biofyziku, aplikovanou jadernou fyziku nebo mechanistické modelování, jeho části však mohou být i předměty diplomových nebo bakalářských prací v těchto oborech.

 

Popis protonových svazků
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Václav Štěpán (stepan@ujf.cas.cz)
Úvod:   Protonová terapie představuje pro vybrané typy nádorových onemocnění šetrnější alternativu ke klasické radioterapii a zároveň protony představují klíčovou složku kosmického záření. ODZ pro radiobiologické experimenty i vývoj elektroniky pro měření kosmického záření využívá zejména urychlovačů na ÚJF a spolupracuje s pražským Proton Therapy Center Czech.
Úkol:   Cílem práce je seznámit se s metodikou modelováno terapeutických i experimentálních protonových svazků počítačovými kódy založených na metodě Monte Carlo a připravit jednoduché modely vybraných protonových svazků.

 

Modelování biologických účinků záření na DNA: plasmidová smyčka a vyšší stupně organizace DNA
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Václav Štěpán (stepan@ujf.cas.cz)
Úvod:   Ne všechno lze v radiobiologických experimentech změřit. Počítačové modely pomáhají ověřit platnost hypotéz o účincích ionizujího záření na DNA a buňku. Řada aktuálních otázek se týká vztahu mezi primární depozicí energie v buňce nebo jejich částech a časnými, resp. pozdními projevy odezvy buněk na ozáření.
Úkol:   Cílem práce je na základě studia odborné literatury vypracovat přehled reprezentací DNA používaných nejrozšířenějšími mikrodozimetrickými kódy, přístupů k tvorbě těchto reprezentací a shrnout možnosti využítí těchto nástrojů pro popis účinků ionizujícího záření na DNA. V návazné výzkumné a diplomové práci student implementuje vybranou reprezentaci DNA (plasmidová smyčka, nukleosom, chromatin, chromozom) v RADAMOL či Geant4-DNA, použije ji pro predikci spekter primárních poškození DNA a výsledky srovná s dostupnými experimentálními daty.

 

Přímý účinek ionizujícího záření na DNA
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Václav Štěpán (stepan@ujf.cas.cz)
Úvod:   Teoretické modelování se v radiobiologii používá pro doplnění experimentálních studií nebo predikce jevů, které v současné době nelze experimentálně sledovat. Ionizující záření poškozuje DNA přímo depozicí energie v makromolekule, anebo nepřímo prostřednictvím produktů radiolýzy prostředí obklopující DNA. Popis přímých účinků v DNA je v existujících teoretických modelech dosud velmi zjednodušován.
Úkol:   Předmětem rešeršní práce je na základě studia odborné literatury (učebnice, knihy, odborné časopisy) vypracovat přehled dostupných informací o přímém účinku ionizujícího žáření na DNA a následných procesů, které vedou ke vzniku primárních biochemických modifikací makromolekuly. V návazné výzkumné a diplomové práci student bude modelovat přímý účinek záření podle různých možných scénářů a bude testovat nastavení parametrů modelu tak, aby co nejlépe odpovídal dostupným experimentálním datům.

 

Vliv individuální radiosensitivity na vedlejší účinky po radioterapii
Typ:   Bakalářská práce  
Vedoucí:   Anna Jelínek Michaelidesová (michaelidesova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Radioterapie je jednou z hlavních zbraní, kterou lidstvo má proti rakovině. Ovšem vzhledem ke způsobu interakce ionizujícího záření s tkáněmi dochází často k nepříjemným vedlejším účinkům, které komplikují život pacientů. Jelikož každý člověk je jiný, i v případě radioterapie se účinky projevují u každého jinak. Může se stát, že i po aplikaci téměř identického ozařovacího plánu se u někoho objeví vedlejší reakce a u jiného ne. Úspěšnost radioterapie i závažnost vedlejších účinků s ní spojených úzce souvisí s individuální radiosenzitivitou daného jedince. Existuje řada studií, které naznačují, že se individuální radiosenzitivita značně podílí na míře vedlejších účinků. Jiné studie však korelace mezi individuální radiosenzitivitou a vedlejšími účinky nepotvrzují.
Úkol:   Cílem práce bude se seznámit s metodami radioterapie a se studiemi ohledně individuální radiosenzitivity. Student by měl na základě získaných informací zhodnotit, zda existuje či ne korelace mezi vedlejšími účinky, individuální radiosenzitivitou a použitou metodou radioterapie.

 

Počty cirkulujících rakovinných buněk po léčbě pomocí radioterapie a jejich vliv na metastatické působení zhoubných nádorů
Typ:   Bakalářská práce  
Vedoucí:   Anna Jelínek Michaelidesová (michaelidesova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Buňky primárního zhoubného nádoru se mohou dostat do krve či lymfy a přemisťovat se krevním či lymfatickým systémem do různých částí těla pacienta. Těmto uvolněným rakovinným buňkám se říká cirkulující rakovinné buňky (Circulating Tumor Cells - CTC) a hrají významnou roli při metastatickém působení zhoubných nádorů. Při každé léčbě zhoubných nádorů dochází k narušení nádorového mikroprostředí, což může vést k uvolňování více CTC. Jednou z hlavních metod onkologie je radioterapie. Cílem této práce je tedy zhodnotit vliv radioterapie na počty CTC a tedy na riziko metastáz po ozáření primárního nádoru.  
Úkol:   Prvním cílem práce bude se seznámit s metodami radioterapie a se studiemi zabývajících se cirkulujícími rakovinnými buňkami (CTC). Student v práci popíše studie, které se zabývají studiem CTC na úrovních jejich počtu a jiných biologických metod jejich výzkumu. Student v práci zhodnotí na základě důkladné rešerše vliv radioterapie na CTC a prodiskutuje korelaci počtu CTC s rizikem založení metastáz.

 

Vliv laboratorních a dozimetrických chyb na křivky buněčného přežiti v radiobiologii
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Anna Jelínek Michaelidesová (michaelidesova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Radiobiologie je vědní obor na pomezí fyziky, biologie a medicíny. Základním testem buněčného přežití je sestavení křivky přežití, které udává procentuální přežití buněčné populace v závislosti na absorbované dávce. Při sestavování křivek přežití se pracuje s buněčnými liniemi, které se ozáří různými dávkami, poté se pěstují v různých počtech v závislosti na absorbované dávce a sleduje se kolik jich přežilo. V rámci této práce může docházet k řadě různých chyb. Tyto chyby se mohou týkat nekorektní dozimetrie, či různými vlivy při laboratorním zpracování buněk, jako je stanovení chybné koncentrace buněk ve vzorku, nekorektní příprava jednobuněčných roztoků, dlouhý čas mezi stanovením koncentrace a přesazením buněk a mnoho dalšího. 
Úkol:   V rámci bakalářské práce se student seznámí s oborem radiobiologie a základními metodami, který tento obor využívá. Student nastuduje problematiku poškození buněk ionizujícím zářením. V rámci výzkumného úkolu a následné diplomové práce student provede rešerši literatury pro identifikaci možných vlivů, které ovlivňují křivky přežití, tyto vlivy laboratorně/dozimetricky ověří a prodiskutuje jejich důležitost.
Studium epigenetických změn v buněčných kulturách po ozáření
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Anna Jelínek Michaelidesová (michaelidesova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Epigenetika je oborem, který studuje změny v genové expresy, které nesouvisí se změnou na úrovní genetického kódu jako takového, ale s aktivací či deaktivací jeho úseků. Jedná se tedy o změny ve struktuře chromatinu jako je například metylace DNA. Ozařování může aktivaci genů ovlivnit na epigenetické úrovni.
Úkol:   V rámci bakalářské práce se student seznámí s oborem radiobiologie a epigenetika. Provede rešerši literatury pro zjištění možných epigenetických změn, které může ionizující záření způsobovat. V rámci výzkumného úkolu a následné diplomové práci student laboratorně prověří epigenetické změny po ozáření na několika buněčných liniích. 
Vliv ionizujícího záření na mesenchymální kmenové buňky
Typ:   Bakalářská práce
Vedoucí:   Anna Jelínek Michaelidesová (michaelidesova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Kmenové buňky (KB) mají za úkol obnovovat poškozené buňky v těle. Některé KB mohou nahradit velké množství různých typů buněk (multipotentní KB) či jsou dedikované k náhradě pouze jednoho či malého množství typů buněk (unipotentní a oligopotentní KB). Mesenchymální KB jsou buňky multipotentní a mají tedy schopnost se přeměnit do širokého spektra buněčných typů. Ionizující záření poškozuje buňky organismu a tedy i mesenchymální KB. To může ovlivňovat správnou regeneraci organismu a vést ke značným zdravotním komplikacím.
Úkol:   Student popíše druhy KB a poté se zaměří na vlastnosti mesenchymálních KB. Dále student vysvětlí jak ionizující záření interaguje s hmotou a jak poškozuje živé organismy. Provede důkladnou rešerši na téma vliv ionizujícího záření na mesenchymální KB a zdravotní komplikace s tímto spojené, shrne a prodiskutuje aktuální poznatky. 
Sestavení přehledu systémů AMS používaných pro měření 14C
Typ:   Rešeršní práce
Vedoucí:   Ivo Světlík (svetlik@ujf.cas.cz)
Úvod:   Konvenční metoda radiouhlíkového datování vyžaduje několik gramů uhlíku od vzorku. Z tohoto důvodu lze konvenčním postupem datovat téměř výhradně vzorky dřeva, uhlíků, kostí a rašeliny. Ostatní typy uhlíkatých vzorků lze v přírodě zpravidla nacházet pouze v řádově menším množství. Pokud je však pro měření 14C použita urychlovačová hmotnostní spektrometrie (Accelerator Mass Spektrometry - AMS), jsou postačující hmotnosti uhlíku od vzorku řádu jednotek miligramů. Škála datovatelných vzorků se proto značně rozšiřuje o další typy vzorků, například: pylové koncentráty, vosky, tuky, chitin, jednotlivé aminokyseliny. Rozšířením škály vzorků se značně rozšiřují možnosti využití radiouhlíkové datovací metody.
Úkol:   Předmětem práce je pomocí dostupné literatury sestavit přehled systémů urychlovačové hmotnostní spektrometrie v současné době používaných pro měření 14C (Accelerator Mass Spectrometry - AMS).

 

Metody zpracování mikrovzorků kolagenu pro radiouhlíkové datování
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Ivo Světlík (svetlik@ujf.cas.cz)
Úvod:   Značná část vzorků pro radiouhlíkové datování jsou kosti, ze kterých je izolován kolagen jako datovatelná chemická forma uhlíku. Pro stanovení 14C využívající urychlovačovou hmotnostní spektrometrii (Accelerator Mass Spectrometry - AMS) jsou postačující vzorky o miligramových hmotnostech. Pro potlačení rušivých vlivů je zapotřebí kolagen dále přečišťovat. Nízké postačující hmotnosti vzorků umožňují lepší přečištění kolagenu a dalších chemických forem uhlíku.
Úkol:   Předmětem práce bude sestavit na základě dostupné literatury přehled metod zpracování vzorků kolagenu pro datovací účely.

 

Přehled metod preparace mikrovzorků pro stanovení 14C
Typ:   Bakalářská práce s možností pokračovat výzkumným úkolem a diplomovou prací
Vedoucí:   Ivo Světlík (svetlik@ujf.cas.cz)
Úvod:   Konvenční metoda radiouhlíkového datování vyžaduje několik gramů uhlíku od vzorku. Z tohoto důvodu lze konvenčním postupem datovat téměř výhradně vzorky dřeva, uhlíků, kostí a rašeliny. Ostatní typy uhlíkatých vzorků lze v přírodě zpravidla nacházet pouze v řádově menším množství. Pokud je však pro měření 14C použita urychlovačová hmotnostní spektrometrie (Accelerator Mass Spektrometry - AMS), jsou postačující hmotnosti uhlíku od vzorku řádu jednotek miligramů. Škála datovatelných vzorků se proto značně rozšiřuje o další typy vzorků, například: pylové koncentráty, vosky, tuky, chitin, jednotlivé aminokyseliny. V takovém případě lze rovněž datovat například také historické oceli, které obsahují kolem 1% uhlíku původem z dřevěného uhlí. Rozšířením škály vzorků se značně rozšiřují možnosti využití radiouhlíkové datovací metody.
Úkol:   Předmětem práce bude sestavit přehled dostupných informací o vybraných postupech fyzikálního a chemického zpracování mikrovzorků pro stanovení 14C s využitím AMS. Po úspěšném zvládnutí přehledu budou některé postupy experimentálně realizovány zejména pro sledování dávkové zátěže 14C v okolí jaderných elektráren a pro datovací účely. Samotné měření bude realizováno ve spolupráci se zahraničními pracovišti.

 

Optimalizace parametrů pro AMS měření uhlíku 14
Typ:   Bakalářská nebo magisterská práce milea3
Vedoucí:   Kateřina Pachnerová Brabcová (brabcova@ujf.cas.cz)
Úvod:   Ústav jaderné fyziky je nově vybaven urychlovačovým hmotnostním spektrometrem MILEA (Multi-Isotope Low-Energy AMS), který vyvinuli ve spolupráci švýcarští Ionplus AG a ETH Zurich. Tento unikátní systém s maximálním napětím na urychlovači 300 kV je primárně určen na stanovení radionuklidů s dlouhými poločasy, jako jsou 10Be, 14C, 26Al, 41Ca, 129I, U, Pu a další aktinoidy. Skupina zabývající se radiouhlíkovým datováním bude přístroj využívat pro stanovení 14C. 
Úkol:   Student/ka vypracuje teoretickou rešerši týkající se základních kontrolních parametrů AMS při stanovení 14C. Poté navrhne, připraví a provede experiment, ve kterém bude na sérii standardů a pozaďových vzorků testovat závislost parametrů na velikostech iontového proudu. Výsledkem bude návrh optimálních parametrů, zejména délky a počtu cyklů měření, celkové délky měření a dalších.