Along with individual's genetic predisposition, host microbiome is an important factor in etiopathogenesis of gastroesophageal reflux disease (GERD), increasing significantly risk of developing esophagitis (RE), Barrett's esophagus (BE), and esophageal adenocarcinoma (EAC). The project aim is to determine markers at the level of microbiome, host genes and their interactions for earlier diagnosis/prediction of BE and EAC The project includes analyses of (1) metagenome and metatranscriptome at several sites of gastrointestinal tract (GIT) in GERD patients, (2) host exome and transcriptome in esophageal tissue in patients with BE/EAC, and (3) genetic profile of GERD patients. Mutations in patient ́s exome/genome and gene expression levels in esophagus tissue will be correlated with microbiome and its functional activity in the GIT and clinical finding with in vivo endomicroscopy. Based on the obtained data, we will propose modification of the standard care regime for GERD patients to avoid progressive/irreversible changes reducing patients ́ life quality or even threating their lives.

Hostitelský mikrobiom spolu s genetickou predispozicí jedince jsou důležitými faktory v etiopatogenezi refluxní choroby jícnu (GERD), která významně zvyšuje riziko rozvoje ezofagitidy (RE), Barrettova jícnu (BE) a adenokarcinomu ezofagu (EAC). Cílem projektu je determinace markerů na úrovni mikrobiomu, genů hostitele a jejich interakcí pro časnější diagnostiku a predikci rozvoje BE a EAC. Projekt obsahuje 3 části: (1) analýzu metagenomu a metatranskriptomu v několika lokalitách gastrointestinálního traktu (GIT) u pacientů s GERD, (2) analýzu hostitelského exomu a transkriptomu ve tkáni jícnu u pacientů s BE/EAC, a (3) analýzu genetického profilu pacientů s GERD a jeho komplikacemi. Mutace v exomu/genomu pacienta a míra exprese genů ve tkáni jícnu budou korelovány s mikrobiomem a jeho funkční aktivitou v GITu a klinickým nálezem doplněným o in vivo endomikroskopii. Na základě získaných dat se pokusíme navrhnout modifikaci standardního režimu péče o pacienty s GERD s cílem předejít pokročilým a ireverzibilním změnám snižujícím kvalitu života pacientů, resp. ohrožujících je na životě.

• Klíčová slova
• sekvenování nové generace, mikrobiom, microbiome, Genetická predispozice, Genetic predisposition, In vivo diagnostika, refluxní choroba jícnu, Barrettův jícen, adenokarcinom jícnu, in vitro diagnostika, Barrett's esophagus, in vitro diagnostics, Next-generation sequencing, Esophageal adenocarcinoma, in vivo diagnostics, metatranskriptom, metatranscriptome, esophageal reflux disease,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

Children with high-risk and relapsed solid tumors represent 15-20% of children with malignant disease in whom current treatment approaches remain unsatisfactory. In these cases new and individialized treatment strategies are necessary. Essential condition for effective therapy is not only a detailed histopathological characterization of the tumor, but also its adequate molecular biological examination. There are several changes in the tumor that can drive its tumorigenesis, e.g. small substitutions, amplification of oncogenes and deletion of tumor suppressors or gene overexpressions. Mentioned events can be identified by modern methods based on next-generation sequencing. Some of these changes represent potential actionable target, others are important prognostic factors. The overall aim of this project is an utilization of whole exome sequencing, genome sequencing with low coverage and transcriptome sequencing as important tools for therapeutic planning in pediatric patients with high-risk solid tumors.

Děti s vysoce rizikovými a relabujícími solidními nádory představují skupinu 15-20% onkologicky nemocných dětí, u kterých nedokážeme nepříznivý průběh jejich nemoci zvrátit. Pro tyto pacienty je nutné hledat nové možnosti a strategie léčby. Nezbytnou podmínkou pro efektivní terapii je nejen podrobná histopatologická charakterizace nádoru, ale také adekvátní molekulárně biologické vyšetření. V nádoru se může vyskytovat několik druhů aberací, které přispívají k rozvoji nádorového onemocnění. Jedná se např. o záměny menšího rozsahu, amplifikace onkogenů či delece tumor supresorových genů, či zvýšeně exprimované geny. Všechny tyto události lze identifikovat moderními metodami založenými na sekvenování nové generace. Některé z takto detekovaných změn představují potenciální terapeutický cíl, jiné jsou důležitými prognostickými faktory. Obecným cílem projektu je využití celoexomového sekvenování, sekvenování genomu s nízkým pokrytím a transkriptomu jako významných diagnostických nástrojů pro tvorbu individualizovaných léčebných plánů pro děti s vysoce rizikovými solidními nádory.

• Klíčová slova
• sekvenování nové generace, personalizovaná medicína, personalized medicine, solid tumors, solidní nádory, Next-generation sequencing, precision medicine, dětská onkologie, pediatric oncology, precizní medicína,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

The increase in resistance of microorganisms is a current worldwide problem, not only in hospitalized patients, but also in patients treated on an outpatient basis. Therefore, it is necessary to look for innovative therapeutic alternatives that could reduce antibiotic selection pressure on given microorganisms and increase chances of their eradication. Currently, at the forefront of interest in wound management and local application are natural products. Based on our preliminary experiments, one of the most promising materials that meets modern requirements for temporal dressing (epithelialization support, antimicrobial activity, exudate absorption etc.) is undoubtedly Gum Karaya (GK). In the project, we will focus on a modern approach to wound healing by using GK in different forms (hydrogel, porous film, fiber dressing) to control antibacterial biogenic system release (bacteriophages, antibacterial proteins and nanoparticles) targeted at multidrug resistant bacterial strains. Dressing efficacy against bacteria will be evaluated preclinically on pig animal model.

Nárůst rezistence mikroorganismů je současný celosvětový problém nejen u hospitalizovaných pacientů, ale také u pacientů léčených ambulantně. Je proto nutné hledat terapeutické alternativy, které by mohly snížit selekční tlak antibiotik na dané mikroorganismy a zvýšily by šanci na jejich eradikaci. V současné době se dostávají do popředí zájmu ve wound managementu i v lokálním podání přírodní produkty. Jedním z velmi nadějných materiálů je přírodní pryskyřice Gum Karaya (GK), která na základě našich předběžných výsledků splňuje současné požadavky na dočasný kryt ran (podpora epitelizace, antimikrobiální aktivita, absorpce exudátu aj.). V projektu se zaměříme na moderní přístup k hojení infikované rány, kdy využijeme pryskyřici GK v různých formách (hydrogel, porézní film a vlákenný kryt) na řízené uvolňování antibakteriálních biogenních systémů (bakteriofágů, antibakteriálních proteinů a nanočástic) zaměřených proti multirezistentním kmenům bakterií. Účinnost krytů vůči bakteriím bude testována preklinicky na animálním modelu prasete.

• Klíčová slova
• Bakteriofágy, Bacteriophages, antimikrobiální peptidy, antimicrobial peptides, fágy, phages, Biopolymerní hydrogel, Multirezistentní kmeny bakterií, Komplikovaná infekce kůže a měkkých tkání, Nanočástice selenu, Biopolymer hyrogel, Multidrug-resistant bacterial strains, Complicated skin and soft tissue infection, Selenium nanoparticles,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

A number of respiratory patients receive combined bronchodilator (BD) treatment including beta2-sympathomimetics (ß2-SM), parasympatholytics and/or methylxanthines. Fenoterol and salbutamol are also used as doping substances. A long-term use of ß2-SM, parasympatholytics and methylxanthines may result in the development of cardiomyopathy (CMP), chronic heart failure (CHF), arrhytmias (CA) or sudden cardiac death. The effects of single BD molecules were studied previously using animal models. However, little is known about the combined effect of more classes of BD drugs on human cardiomyocytes and cardiac functions. We propose an in vitro study of single molecules as well as combined regimens of BD drugs ́ effects on human cardiomyocytes differentiated from pluripotent stem cells of embryonal origin. Parallel series of experiments will be performed on cardiac cells differentiated from skin biopsy-derived stem cells of patients diagnosed with a CMP, CHF or CA receiving long-term BD treatment. We will focus on arrhytmogenic and inotropic side effects of single BD molecules and combined BD

Řada pneumologických pacientů užívá kombinace bronchodilatačních (BD) léků (skupiny beta2-sympatomimetik (ß2-SM), parasympatolytik, metylxantinů). Fenoterol a salbutamol jsou zneužívány i jako dopingové látky pro předpokládané anabolické účinky. Při dlouhodobém užívání ß2-SM, parasympatolytik a metylxantinů u některých osob může vzniknout kardiomyopatie, chronické srdeční selhání, arytmie či náhlá srdeční smrt. Efekty některých BD léků jsou popsány ze zvířecích modelů; málo je známo o kombinovaném účinku více tříd současně užívaných BD molekul na funkci kardiomyocytů a srdce. Účelem studie je laboratorními in vitro testy objasnit funkci BD léků jednotlivě i v kombinaci na celulární úrovni na humánní kardiomyocyty z embryonálních buněčných kultur i z buněk indukovaných z kožní biopsie pacientů se známou srdeční patologií. Zkoumán bude hlavně arytmogenní a (pozitivně či negativně) inotropní efekt BD molekul. Při průkazu nežádoucích efektů stávající BD léčby bude testován efekt alternativních BD molekul s cílem nalezení léčby s lepším bezpečnostním profilem (personalizovaná léčba).

• Klíčová slova
• arytmie, chronické srdeční selhání, kmenové buňky, stem cells, personalizovaná medicína, kardiomyopatie, cardiomyopathy, chronic heart failure, personalized treatment, kardiomyocyty, bronchodilatační léčba, bronchodilator treatment, human cardiomyocytes, arrhytmias,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

This proposal project accomplishes aims of the programme "Diseases of children's age and rare diseases" and agrees with the priorities of a particular aim "Diseases arising in prenatal period, perinatal period and in early children's age". Its aim is represented by an improvement of a molecular diagnostics in children with severe neurodevelopmental disorders by exome sequencing in the scope of the molecular diagnostics algorithm. This approach will detect genetic variants in genes involved in the pathogenesis of neurodevelopmental disorders, which will enable the detailed genotype-phenotype correlation. This project results will help to: (i) improve the diagnostic standard in neurodevelopmental disorders (ii) deepen the knowledge of etiopathogenesis of these disorders and of the role of candidate genes (iii) specify and improve the genetic counselling in children’s severe rare diseases with adverse prognosis (iv) implementation and validation of exome sequencing analyses as a purposeful first-line genetic diagnostic test in children with neurodevelopmental disorders.

Navrhovaný projekt je zaměřen na podoblast výzkumu "Onemocnění dětského věku a vzácná onemocnění" a jeho cílem je zvýšení úrovně molekulární diagnostiky u dětských pacientů se závažnými neurovývojovými onemocněními s využitím exomového sekvenování. Exomové analýzy povedou k identifikaci nových genetických variant v genech významných v patogenezi neurovývojových onemocnění, jež umožní následnou detailní korelaci nálezů s fenotypem. Projekt svými výstupy povede ke: (i) zvýšení diagnostické úspěšnosti v rámci molekulární diagnostiky neurovývojových poruch (ii) prohloubení znalostí o etiopatogenezi neurovývojových poruch a úloze kandidátních genů souvisejících s těmito onemocněními (iii) zpřesnění a zkvalitnění genetického poradenství u závažných geneticky podmíněných onemocnění dětského věku (iv) zavedení a validace celoexomových analýz jako diagnosticky a ekonomicky výhodného prvolíniového genetického testu u dětských pacientů s neurovývojovými onemocněními.

• Klíčová slova
• Neurodevelopmental disorders, exomové sekvenování, exome sequencing, neurovývojová onemocnění, genetická diagnostika, genetic diagnostics,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

As there are millions of cancer deaths every year, it is of great value to identify applicable prognostic biomarkers. It is now accepted that overexpression of chromosomal protein HMGB1 is significantly associated with poorer survival of cancer patients. Available data suggest that determination of HMGB1 level in sera of cancer patients represents a very useful prognostic factor and potential biomarker for survival in cancer, including leukemia. Development of novel and more precise methods for quantitative determination of HMGB1 levels in serum is therefore of great importance for the clinics. This proposal is aimed at developing an electrochemical immunosensor (with Au-based electrodes, nanomaterials and specific monoclonal antibodies) for the rapid, accurate and cost-effective detection of HMGB1 levels in serum of patients with different forms of leukemia. Rapid knowledge of HMGB1 level in sera of leukemia patients will enable physicians to evaluate the treatment success, disease progression, as well as to propose alternative treatment strategies.

Vzhledem k vysokému počtu úmrtí pacientů trpících nádorovým onemocněním představuje nalezení vhodného biomarkeru velikou výhodu pro včasnou detekci nemoci. Zvýšená exprese proteinu HMGB1 je obecně spojována s horší prognózou přežití u pacientů trpících nádorovým onemocněním. Současný výzkum prokázal, že stanovení hladiny HMGB1 v krevním séru nabízí užitečný prognostický nástroj a potenciální biomarker přežití pacientů s leukémií. Z toho důvodu má vývoj nové a přesnější metody stanovení hladiny HMGB1 v séru velký význam pro klinickou praxi. Cílem předkládaného návrhu je vyvinout elektrochemický imunosenzor (s elektrodami na bázi Au s použitím nanomateriálů s navázanými specifickými monoklonálními protilátkami) pro rychlou, přesnou a cenově přijatelnou detekci hladiny HMGB1 u pacientů s různými formami leukémie. Znalost hladiny HMGB1 v krevním séru pacientů trpících leukémií umožní lékařům rycheji zhodnotit úspěšnost léčby, progresi onemocnění a popřípadě navrhnout alternativní strategii léčby.

• Klíčová slova
• sérum, serum, leukémie, leukemia, HMGB1, elektrochemický imunosenzor, diagnostická metoda, HMGB1, electrochemical immunosensor, diagnostic method,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

Familial haematopoietic disorders (FHD) are a rare and heterogeneous group of disorders. Variable clinical expressivity and overlapping forms of FDH cause many misdiagnoses. Thanks to modern genomic approaches (whole exome sequencing), we are able to solve many previously unclear cases today. However, in some patients we detect a unique and family-specific gene variant of uncertain significance (VUS). The aim of the proposed study is to search for germline variants in affected families with FHD phenotype. Furthermore, we plan to investigate the functional impact of identified VUSs to verify their causality using in vitro models (CRISPR/Cas9, microscopic, and proteomic assays). Based on these experiences, we will introduce new biomedical pipeline for functional testing of VUSs into routine laboratory practice. Determining the correct diagnosis of a patient is also essential to define the risk of cancer, which some germline variants predispose. We expect a direct impact of our study in translational research of haematopoiesis, cancerogenesis and gene therapy.

Familiární onemocnění krvetvorby (FHD) jsou vzácnou a heterogenní skupinou onemocnění. Variabilní klinické projevy a prolínající se formy FHD zapříčiňují mnohy nesprávné stanovení diagnózy. Díky moderním genomickým přístupům (celoexomové sekvenování) dnes dokážeme vyřešit mnohé dosud neobjasněné případy. Nicméně u některých pacientů detekujeme jedinečnou a rodinně-specifickou genetickou variantu nejasného klinického významu (VUS). Cílem navrhované studie je vyhledávat zárodečné varianty u postižených rodin s FHD. Dále budeme zjišťovat funkční dopad identifikovaných VUS, abychom potvrdili jejich kauzalitu pomocí in vitro modelů (CRISPR/Cas9, mikroskopické a proteomické eseje). Na základě těchto zkušeností plánujeme zavést nový biomedicínský postup funkčního testování VUS do rutinní laboratorní praxe. Stanovení správné diagnózy u pacienta je zásadní i z důvodů určení rizika výskytu onkologických malignit, ke kterým některé zárodečné varianty predisponují. Očekáváme přímý dopad naší studie do translačního výzkumu hematopoézy, karcinogenézy a genové terapie.

• Klíčová slova
• variant of uncertain significance, funkční studie, functional studies, familiární poruchy krvetvorby, varianta nejasného klinického významu, whole exome sequencing, familial haematopoietic disorders, celoexomové sekvenování,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

Total-joint arthroplasty is one of the most successful and effective orthopedic operations performed during the last century. In the present project, we intend to monitor and compare heavy metal load in circulation, especially Ti, Co, Cr, Ni, in patients after implantation of joint replacement compared to the Czech Republic without implants of any metal. The correlation of the healing process dynamics and the tolerance of the metal material will be evaluated with clinical symptomatology, functional parameters with respect to the development and course of complications after implantation of the endoprostheses, including reimplantation. Processes associated with the activation of the immune system, including hypersensitivity reactions, will be simulated on an in vitro model using individual patient immune systems. Attempting to find predictive markers associated with poor prognosis after implantation in peripheral blood could lead to early detection of complications. The metal surface of the explanted substitutes will be evaluated in terms of wear, corrosion, metal defects.

Implantace totální kloubní náhrady je jednou z nejúspěšnějších a nejúčinnějších ortopedických operací v posledním století. V tomto projektu chceme monitorovat a porovnávat zátěž těžkými kovy v cirkulaci, zejména Ti, Co, Cr, Ni, u pacientů po implantaci kloubní náhrady ve srovnání s populací České republiky bez implantátů jakéhokoliv kovu. Korelace dynamiky hojení a tolerance kovového materiálu bude hodnocena s klinickou symptomatologií, funkčními parametry s ohledem na vývoj a průběh komplikací po implantaci endoprotéz, včetně reimplantace. Procesy spojené s aktivací imunitního systému, včetně reakcí přecitlivělosti, budou simulovány na modelu in vitro za použití imunitního systému individuálního pacienta. Pokus o nalezení prediktivních markerů spojených se špatnou prognózou po implantaci v periferní krvi by mohl vést k včasnému zjištění komplikací. Povrch explantovaných náhrad bude hodnocen z hlediska opotřebení, koroze, defektů kovu.

• Klíčová slova
• implantace, hypersenzitivita, implantation, hypersensitivity, kov, metal, imunitní systém, Osteoartróza, totální kloubní náhrada, osteoblasty, osteoarthrosis, total joint arthroplasty, immmune system, osteoblasts, reimplantace, reimplantation,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

Infections affecting the root canal of the tooth are the most common cause of apical periodontitis (AP). Chronic inflammation in the periodontium may lead to the development of a radicular cyst (RC), a type of inflammatory odontogenic cyst (OC). OC of developmental origin also includes dentigerous cysts (DC) and odontogenic keratocysts (OKC). Correct classification of OCs reflecting their etiopathogenesis including genetic factors is crucial for choosing an optimum therapy and patient management. The aim of the project is to identify risk factors of OC development and improve their diagnosis. The project includes study of microbiome present in the root canal, genetic association studies focused on patients ́immune profiling and influence of genes envolved in odontogenesis, comparative studies of gene expression profiles in various types of odontogenic cysts, and study of selected molecular pathways in OC pathogenesis in an animal model. Based on the obtained results we will propose a panel of markers for prediction of OC development and differential diagnosis of OC types.

Infekce postihující kořenový kanálek zubu je nejčastější příčinou vzniku apikální periodontitidy (AP). Chronický zánět v periodonciu může vést k rozvoji radikulární cysty (RC), která patří k zánětlivým odontogenním cystám (OC). Další skupinu tvoří OC vývojové, k nimž se mimojiné řadí cysta folikulární (FC) a odontogenní keratocysta (OKC). Pro optimální volbu terapie a manažment pacientů je klasifikace OC, která reflektuje jejich etiopatogenezi a zahrnuje genetické faktory, zásadní. Cílem projektu je determinace rizikových faktorů rozvoje OC a zlepšení jejich diagnostiky. Projekt zahrnuje studii mikrobiomu kořenového kanálku zubu a OC zánětlivého původu, genetické asociační studie se zaměřením na imunitní profil pacientů a geny zapojené do odontogeneze, komparativní studie expresních profilů genů v různých typech OC, a studie vybraných molekulárních drah v patogenezi OC na animálním modelu. Na základě získaných výsledků se pokusíme navrhnout panel markerů pro predikci vzniku OC a jejich diferenciální diagnostiku.

• Klíčová slova
• Genetická predispozice, Genetic predisposition, sequencing, Nanočástice, imunogenetika, nanoparticle, sekvenování, immunogenetics, apical periodontitis, orální mikrobiom, oral microbiome, SHH signalizace, in vivo animální model, odontogenní cysta, apikální periodontitida, SHH signaling, in vivo animal model, odontogenic cyst,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

The proposed project builds on our continuous well-established research on chronic lymphocytic leukemia (CLL). In this study, we would like to profound our knowledge to better understand the mechanisms underlying clonal evolution of CLL cells during the disease course. We will employ a challenging approach a single cell analysis (SCA) for detailed characterisation of malignant cells on single cell level with aim to monitor disease progression and to detect the most aggressive subclones of CLL. In particular, we will analyse and compare transcriptomes of thousands of CLL cells from consecutively collected samples of patients suffering from early relapsed/refractory disease (R/R CLL), which is defined by non-response to treatment or relapse within six months after therapy. Thus, R/R CLL represents a highly challenging subtype of disorder with very poor prognosis and deserves further attention. A deeper understanding of molecular mechanisms driving R/R CLL can help to select the best treatment approach, especially from the growing spectrum of targeted therapy.

Navrhovaný projekt staví na dlouhodobém výzkumu naší skupiny v oblasti chronické lymfocytární leukémie (CLL). Projekt si klade za cíl prohloubit naše znalosti a lépe porozumět mechanismům klonální evoluce CLL buněk v průběhu onemocnění. Pro detailní charakterizaci nádorových buněk a sledování agresivních klonů v průběhu progrese onemocnění chceme využít moderní přístup analýzy na úrovni jednotlivých buněk (SCA). Budeme srovnávat transkriptomy tisíců CLL buněk získaných z opakovaných odběrů pacientů s relaps/refrakterní CLL (R/R CLL) což je onemocnění, které neodpovídá na léčbu nebo u něho dochází k progresi/relapsu dříve než za šest měsíců. R/R CLL reprezentuje významnou podskupinu onemocnění, která si zaslouží pozornost vzhledem k špatné prognóze onemocnění. Porozumění molekulárním mechanismům vedoucím k rozvoji R/R CLL umožní výběr nejvhodnější léčebné strategie, zvlášť v souvislosti s rychlým vývojem cílené léčby v poslední době.

• Klíčová slova
• klonální evoluce, chronic lymphocytic leukemia, clonal evolution, Chronická lymfocytární leukémie, single cell analysis, Single cell analýza,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR