DSpace Kolekcja:

Ocena efektywności usuwania wybranych mikrozanieczyszczeń organicznych z wód i ścieków przez rośliny pływające

Fri, 20 Mar 2026 00:00:00 GMT

Tytuł: Ocena efektywności usuwania wybranych mikrozanieczyszczeń organicznych z wód i ścieków przez rośliny pływające Autorzy: Polińska, Weronika Abstrakt: Celem badań przedstawionych w rozprawie doktorskiej był dobór optymalnych warunków oraz określenie kinetyki, mechanizmów i efektywności usuwania wybranych mikrozanieczyszczeń organicznych (OMP) z matryc laboratoryjnych i rzeczywistych przez rośliny pływające z gatunków Wolffia arrhiza, Lemna minor, Spirodela polyrhiza oraz Azolla caroliniana. Dodatkowym aspektem było określenie toksyczności wybranych mikrozanieczyszczeń w stosunku do badanych roślin. Podstawę pracy doktorskiej stanowi cykl pięciu prac opublikowanych w czasopismach naukowych o zasięgu międzynarodowym (z listy JCR), w których przedstawiono wnikliwą analizę dostępnej literatury dotyczącej zastosowania procesu fitoremediacji do usuwania OMP ze środowiska, a także wyniki przeprowadzonych prac eksperymentalnych. Prace badawcze dotyczyły usuwania 15 związków chemicznych należących do grup zanieczyszczeń przemysłowych (benzotriazoli małocząsteczkowych, benzotriazolowych filtrów UV, bisfenolu A), hormonów (estronu, 17-β-estradiolu, dietylostilbestrolu) i środków higieny osobistej (triklosanu, DEET). Dokonano wyboru czynników mogących wpływać na efektywność usuwania badanych OMP, które następnie poddano procesom optymalizacji, dobierając optymalne warunki z zastosowaniem chemometrycznych metod planowania eksperymentu. Określono kinetykę oraz efektywność usuwania OMP z wód. Stwierdzono, że usuwanie wszystkich badanych OMP przez drobne makrofity pływające przebiega zgodnie z kinetyką pseudo-pierwszego rzędu, a efektywność tych procesów dla większości związków zawiera się w przedziale od 70 do 100 % w ciągu 14 dni hodowli. Eksperymenty przeprowadzone w różnych warunkach, w ciemności i w oświetleniu, bez rośliny, z rośliną żywą i martwą pozwoliły stwierdzić, że zarówno mechanizmy abiotyczne, jak i biologiczne odpowiadają za usuwanie OMP, przy czym największy udział w efekcie końcowym mają pobieranie przez roślinę oraz sorpcja. Większość z pobranych przez roślinę zanieczyszczeń ulega dalszym przemianom, a tylko niewielka ich część bioakumuluje się w roślinie w niezmienionej postaci. W celu oceny możliwości zastosowania usuwania OMP przez rośliny pływające w warunkach rzeczywistych przeprowadzono hodowle z użyciem ścieków surowych i oczyszczonych oraz odcieków składowiskowych. Otrzymane wyniki wykazały, że w większości przypadków można zauważyć zasadę, że im bardziej zanieczyszczony jest roztwór z którym mają kontakt rośliny, tym usuwanie badanych związków zachodzi z mniejszą efektywnością. W niektórych hodowlach przeprowadzonych z użyciem ścieków surowych otrzymano wyższe wydajności usuwania i poprawę parametrów fizykochemicznych ścieków w porównaniu z hodowlami przeprowadzonymi na ściekach oczyszczonych, co wynika ze zdolności badanych roślin do wykorzystania w procesach życiowych składników pokarmowych obecnych w ściekach. W ramach przeprowadzonych badań dokonano oceny toksyczności badanych OMP w stosunku do roślin z którymi miały kontakt. Otrzymane wyniki (bilans masy, zawartość barwników fotosyntetycznych, aktywność enzymów antyoksydacyjnych, poziom antyoksydantów nieenzymatycznych, zawartości białek, cukrów oraz kwasów tłuszczowych) wskazują, że kontakt z badanymi OMP zaburza funkcje życiowe organizmów, ale uruchomione mechanizmy detoksykacji umożliwiają aklimatyzację roślin do warunków stresowych.; The aim of the research presented in the following doctoral thesis was to select optimal conditions and determine kinetics, effects, and removal of selected organic micropollutants (OMPs) from laboratory and real matrices by floating plants of species Wolffia arrhiza, Lemna minor, Spirodela polyrhiza, and Azolla caroliniana. An additional aim was to determine the toxicity of OMPs to the tested plants. As a result, the following doctoral thesis consists of a series of five papers published in international scientific journals (JCR-listed), which present a thorough analysis of the available literature on the use of phytoremediation to remove OMPs from the environment, as well as the results of the conducted experiments. The research focused on the removal of 15 chemical compounds belonging to groups of industrial pollutants (low-molecular weight benzotriazoles, benzotriazole UV filters, bisphenol A), hormones (estrone, 17-β-estradiol, diethylstilbestrol), and personal care products (triclosan, DEET). The research included the assessment of the impact of phytoremediation conditions on its efficiency, which led to the selection of optimal conditions using a chemometric design of experiments. The kinetics and efficiency of OMP removal were determined. The results show that removal of all tested OMPs by small floating macrophytes proceeds according to the pseudo-first-order kinetics, with the efficiency of these processes ranging from 70 to 100% for most compounds within 14 days of cultivation. Experiments conducted under various conditions (in darkness and with light, without plants, and with living and dead plants) allowed for the conclusion that both abiotic and biological mechanisms are responsible for OMP removal, with plant uptake and sorption contributing the most to the final effect. Most of the pollutants taken up by the plant are further transformed, and only a small part bioaccumulates in unchanged form in the plant. In order to assess the possibility of application removal by OMPs floating plants in real conditions, cultures were conducted using raw and treated sewage, as well as landfill leachate. The obtained results indicate that in most cases, the more contaminated the matrix with which the plants come into contact, the less effective the removal of the tested compounds. Some plant breeding carried out using raw sewage achieved higher removal efficiencies and improved physicochemical parameters of the wastewater compared to cultures conducted using treated sewage, which results from the ability of the studied plants to utilize nutrients present in the wastewater in their life processes. As part of the conducted studies, the toxicity of the studied OMPs was assessed in relation to aquatic plants. The obtained results (mass balance, content of photosynthetic pigment, antioxidant enzyme activity, non-enzymatic antioxidant levels, along with the content of protein, sugar, and fatty acid) indicate that contact with the studied OMPs disrupts the vital functions of the tested organisms, but the activation of detoxification mechanisms allows plants to adapt to stress conditions. Opis: Wykaz dorobku naukowego stanowiącego podstawę dysertacji: Polińska W., Kotowska U., Kiejza D., Karpińska J. Insights into the Plant-Based Processes and Technologies of the Organic Micropollutants Removal From Water and Wastewater; A Review, Water 2021, 13(15), 2065; Polińska W., Piotrowska-Niczyporuk A., Karpińska J., Struk-Sokołowska J., Kotowska U. Mechanisms, toxicity and optimal conditions – research on the removal of benzotriazoles from water using Wolffia arrhiza, Science of The Total Environment, 2022, 847, 157571; Polińska W., Kotowska U., Karpińska J., Piotrowska – Niczyporuk A. Removal of benzotriazole micropollutants using Spirodela polyrhiza (L.) Schleid and Azolla caroliniana Willd., Environmentall Pollution 2023, 332, 121982; Polińska W., Kotowska U., Karpińska J. The problem with benzotriazole ultraviolet stabilizers in the environment – are the aquatic plants the solution for them?, Industrial Crops & Products 2024, 210, 118050; Kotowska U., Piekutin J., Polińska W., Kotowski A., Removal of contaminants of emerging concern by Wolffia arrhiza and Lemna minor depending on the process conditions, pollutants concentrations, and matrix type, Scientific Reports, 2024, 14, 15898.

Polimerowe nośniki leków zawierające pochodne kwasu litocholowego

Thu, 30 Oct 2025 00:00:00 GMT

Tytuł: Polimerowe nośniki leków zawierające pochodne kwasu litocholowego Autorzy: Szymczuk, Dawid Abstrakt: Tematem rozprawy było otrzymywanie i charakterystyka materiałów polimerowo-nieorganicznych oraz polimerowych zawierających pochodne kwasu litocholowego (LCA) jako elementów nowoczesnych nośników leków do terapii przeciwnowotworowych i zastosowań diagnostycznych. LCA, dzięki obecności reaktywnych grup karboksylowej i hydroksylowej, umożliwia selektywne modyfikacje chemiczne oraz integrację z polimerami. Badania obejmowały dwa kierunki: (1) syntezę magnetycznych hybryd z rdzeniem Fe₃O₄ i powłoką polimerową zawierającą pochodne LCA oraz (2) otrzymywanie rozpuszczalnych lub dyspergowalnych w wodzie nanocząstek na bazie homo- i kopolimerów liniowych z LCA, w tym układów fluorescencyjnych. Do charakterystyki wykorzystano techniki FTIR, UV-Vis, NMR, SEC, TEM, DSC, TGA, DLS i ELS. Opracowano 14 hybryd funkcjonalizowanych m.in. kwasem foliowym i doksorubicyną, wykazujących dobrą stabilność koloidalną i zwiększoną selektywność wobec komórek nowotworowych. Otrzymano także 24 polimery liniowe tworzące stabilne nanocząstki, w tym układy fluorescencyjne zdolne do jednoczesnego obrazowania i dostarczania leków.; The dissertation focused on the development and characterization of polymer–inorganic and polymeric materials containing lithocholic acid (LCA) derivatives, designed as components of modern drug delivery systems for anticancer therapy and medical diagnostics. LCA, due to its reactive carboxyl and hydroxyl groups, enables selective chemical modifications and effective integration with polymer structures. The research covered two main directions: (1) the synthesis of magnetic hybrids with an Fe₃O₄ core and a polymer coating containing LCA derivatives, and (2) the preparation of water-soluble or water-dispersible nanoparticles based on linear homo- and copolymers incorporating LCA, including fluorescently modified systems. The obtained materials were characterized using FTIR, UV–Vis, NMR, SEC, TEM, DSC, TGA, DLS and ELS techniques. A total of 14 hybrid systems were developed, functionalized with molecules such as folic acid and doxorubicin, exhibiting good colloidal stability and enhanced selectivity toward cancer cells. Additionally, 24 linear polymers forming stable nanoparticles were obtained, including fluorescent systems capable of simultaneous imaging and drug delivery. Opis: Realizacja niniejszej pracy była możliwa dzięki współpracy z następującymi ośrodkami i osobami: Zakład Farmakologii Doświadczalnej, Wydział Nauk o Zdrowiu, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku (dr hab. n. med. Katarzyna Niemirowicz-Laskowska, prof. dr hab. n. med. Halina Car); Laboratorium SOFTMAT, Uniwersytet Paula Sabatiera, Tuluza, Francja (prof. Mathias Destarac); Zespół Fizykochemii Zjawisk Międzyfazowych, Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie (dr Anita Wnętrzak, prof., dr hab. Patrycja Dynarowicz-Łątka); Waters | Wyatt Technology, Dernbach, Niemcy (prof. Stepan Podzimek)

Analiza wybranych właściwości fizykochemicznych i biologicznych modeli in vitro modyfikowanych cząstkami polistyrenowymi

Mon, 07 Apr 2025 00:00:00 GMT

Tytuł: Analiza wybranych właściwości fizykochemicznych i biologicznych modeli in vitro modyfikowanych cząstkami polistyrenowymi Autorzy: Zając, Marcin Abstrakt: W ostatnich latach mikro- i nanocząstki polimerowe zyskały dużą uwagę badaczy ze względu na swoje unikalne właściwości oraz wszechstronne zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Jednocześnie ich obecność w środowisku wiąże się z poważnymi zagrożeniami dla zdrowia ludzkiego i ekosystemów. Brakuje jednak wystarczających danych naukowych dotyczących ich wpływu na organizmy. Dlatego kluczową rolę w badaniach odgrywają modele in vitro, które umożliwiają realizację eksperymentów w kontrolowanych warunkach. Podstawę niniejszej pracy doktorskiej stanowiły analizy z wykorzystaniem modeli in vitro: linii komórkowych (nowotworów ludzkich oraz pochodzenia szczurzego), elementów morfotycznych krwi świni (erytrocytów oraz trombocytów), a także mikroorganizmów (bakterii Gram-dodatnich, bakterii Gram-ujemnych i drożdżaków). Celem dysertacji była ocena wpływu cząstek polistyrenowych, uwzględniająca ich rozmiar, stężenie, funkcjonalizację powierzchni oraz czas oddziaływania na komórki, na właściwości fizykochemiczne i biologiczne modeli in vitro. Pierwsze przeprowadzone eksperymenty pozwoliły na określenie stabilności cząstek w zastosowanych roztworach; badania obejmowały charakterystykę struktury (technika FTIR) oraz rozmiaru (metoda DLS) polistyrenu. Kolejne badania dotyczyły wpływu cząstek polistyrenowych na właściwości modeli in vitro. Testy MTT (w przypadku linii komórkowych) oraz MIC i MBC (w przypadku mikroorganizmów) posłużyły do oceny cytotoksyczności cząstek wobec komórek. Metodę ELS wykorzystano podczas rejestracji wartości potencjału zeta. Ponadto, do zobrazowania zmian zachodzących w strukturze bakterii i drożdżaków poddanych działaniu polistyrenu zastosowano techniki mikroskopowe – AFM i SEM. Przeprowadzone w ramach rozprawy doktorskiej badania wykazały, że właściwości fizykochemiczne i biologiczne modeli in vitro ulegają zmianom zależnym od stężenia, rozmiaru, funkcjonalizacji powierzchni polistyrenu oraz czasu ekspozycji komórek na te cząstki. Interakcje cząstek z komórkami mogły obejmować niespecyficzne ścieżki, takie jak dyfuzja, kanały transbłonowe, siły hydratacyjne, siły van der Waalsa, oddziaływania elektrostatyczne czy międzycząsteczkowe. Uzyskane wyniki dostarczają informacji o wpływie cząstek polistyrenowych na procesy zachodzące w organizmach żywych. Mogą one znaleźć zastosowanie w opracowywaniu nowatorskich strategii terapeutycznych oraz w rozwijaniu metod gospodarowania odpadami z tworzyw polimerowych.; In recent years, polymeric micro- and nanoparticles have attracted significant attention from researchers due to their unique properties and versatile applications in various industrial sectors. Concurrently, their environmental presence poses serious risks to human health and ecosystems. However, sufficient scientific data regarding their impact on organisms is lacking. Therefore, in vitro models play a crucial role in research, enabling experiments to be conducted under controlled conditions. This doctoral dissertation was based on analyses performed using in vitro models: cell lines (human cancer cells and rat-derived cells), pig blood morphotic elements (erythrocytes and thrombocytes), as well as microorganisms (Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria, and yeasts). The dissertation aimed to evaluate the impact of polystyrene particles, considering their size, concentration, surface functionalization, and exposure time on cells, on the physicochemical and biological properties of selected in vitro models. The initial experiments determined the stability of the particles in the applied solutions, including the characterization of the polystyrene structure (using FTIR spectroscopy) and size (using the DLS method). Subsequent studies focused on the analysis of selected in vitro models. MTT assays (for cell lines) and MIC and MBC tests (for microorganisms) were employed to evaluate the cytotoxicity of the particles towards cells. The ELS method was utilized to record changes in the in vitro models' zeta potential after their polystyrene treatment. Furthermore, microscopic techniques- AFM and SEM- were applied to visualize the changes occurring in the structure of bacteria and yeasts subjected to polystyrene exposure. The research conducted as part of this doctoral dissertation demonstrated that the physicochemical and biological properties of in vitro models change depending on the concentration, size, surface functionalization of polystyrene particles, and duration of cellular exposure to these particles. Interactions between the particles and cells could involve nonspecific pathways such as diffusion, transmembrane channels, hydration forces, van der Waals forces, and electrostatic or intermolecular interactions. The obtained results provide information on the effects of polystyrene particles on processes occurring in living organisms. These findings could be applied in developing innovative therapeutic strategies and in advancing methods for managing plastic waste.

Badania użyteczności potencjalnych biomarkerów w diagnostyce choroby Alzheimera z wykorzystaniem biosensorów SPRi

Thu, 30 Jan 2025 00:00:00 GMT

Tytuł: Badania użyteczności potencjalnych biomarkerów w diagnostyce choroby Alzheimera z wykorzystaniem biosensorów SPRi Autorzy: Bogdan, Sylwia Abstrakt: Niniejsza rozprawa doktorska skupia się na wykorzystaniu nowych metodanalitycznych opartych na matrycowych biosensorach SPRi w ocenie stężenia wybranych markerów takich jak: proteasom 20S, C-końcowa hydrolaza ubikwityny (UCH-L1),fibronektyna (FN), metaloproteinaza 1 macierzy zewnątrzkomórkowej (MMP1), cystatynaC (cysC), leptyna (LEPT), neuropilina-1 (NRP1) oraz białko fosfo-tau181, w odniesieniu do możliwości diagnostycznych w chorobie Alzheimera. W ramach badań eksperymentalnych wchodzących w zakres rozprawy wchodzi również konstrukcja immuno-sensora czułego na białko fosfotau 181 i walidacja nowej metody analitycznej opartej na tym biosensorze. Wykazano skuteczność biosensora w odniesieniu do próbek krwi pacjentów z chorobą Alzheimera.Oznaczanie wybranych markerów prowadzono w 110 próbkach surowicy krwi od chorych ze zdiagnozowaną chorobą Alzheimera jak również na grupie kontrolnej (60 próbek), którą stanowiły osoby w podobnym wieku do grupy badanej ale bez upośledzonych funkcji poznawczych. Badania pozwoliły ocenić, że pacjenci z AD charakteryzują się wyższą medianą białka UCHL1 (56,05 vs. 7,98 ng/ml, p < 0,000001)niż zdrowe jednostki. U pacjentów z AD również stężenie proteasomu 20S było wyższe w porównaniu z grupą kontrolną (13,02 vs. 5,72µg/ml, p < 0,0001). Stwierdzono istotną dodatnią korelację pomiędzy stężeniem UCHL1, a stężeniem proteasomu w grupie AD, a ujemną w grupie kontrolnej. Analiza stężenia fibronektyny w surowicy u chorych na AD wykazała istotnie wyższą medianę stężenia w porównaniu z grupą kontrolną (652,06 vs.268,31 µg/ml). Ponadto wykazano, że pacjenci z AD charakteryzują się istotnie niższą medianą MMP-1 (4,62 vs. 18,09 ng/ml). Zaobserwowano także, że pacjenci zaklasyfikowani do kategorii 3i 4 na podstawie testu MMSE różnili się stężeniem MMP-1. Stwierdzono dodatnią korelację pomiędzy wynikiem uzyskanym w teście MMSE a stężeniem MMP-1. Istnieje dodatnia korelacja między stężeniem fibronektyny, a wiekiem w grupie kontrolnej.Zawartość leptyny istotnie wzrasta u chorych na AD w porównaniu do osób zdrowych(9,97 vs. 3,08ng/ml,p < 0,00001). Ponadto u pacjentów z AD stwierdzono istotnie wyższy poziom cystatynyC(1,53 vs. 0,56µg/ml, p < 0,00001). Wzrasta także poziom białka fosfo-tau181 (8,46 vs.4,19pg/ml, p < 0,00001). U pacjentów z tą chorobą neurodegeneracyjną obserwuje się istotne obniżenie poziomu neuropiliny-1 (69,94 vs. 167,28ng/ml, p < 0,00001) i to jest zagadkowe w porównaniu do danych literaturowych. W pracy oceniono także korelację pomiędzy badanymi markerami oraz wartość diagnostyczną. Wykreślono krzywe ROC oraz wskazano punkty odcięcia dla wartości dla tych markerów, dla których zakresy u osób zdrowych „nie pokrywały się” z zakresami u osób chorych.Badania realizowane w ramach rozprawy doktorskiej pozwoliły na stwierdzenie dużego potencjału zastosowania matrycowych biosensorów z detekcją Powierzchniowego Rezonansu Plazmonów w wersji Imaging do badań w diagnostyce choroby Alzheimera.; This doctoral dissertation focuses on the use of new analytical methods based on SPRi matrix biosensors in the assessment of the concentration of selected markers such as20S proteasome, C-terminal ubiquitin hydrolase (UCH-L1), fibronectin (FN), extracellular matrix metalloproteinase 1 ( MMP1), cystatin C (cysC), leptin (LEPT), neuropilin-1(NRP1) and phospho-tau181 protein, about diagnostic possibilities in Alzheimer's disease. The experimental research in the dissertation's scope also includes the construction of animmunosensor sensitive to the phospho-tau 181 protein and the validation of a new analytical method based on this biosensor.The effectiveness of the biosensor has been demonstrated about blood samples of patients with Alzheimer disease. Selected markers were determined in 110 blood serum samples from patients diagnosed with Alzheimer disease and in the control group (60samples), which consisted of people of a similar age to the study group but without impaired cognitive functions. The studies assessed that AD patients are characterized by a higher median UCHL1 protein (56.05 vs. 7.98 ng/ml, p < 0.000001) than healthy individuals. In patients with AD, the concentration of proteasomes was also higher compared to the control group (13.02 vs. 5.72µg/ml, p < 0.0001). A significant positive correlation was found between the UCHL1 concentration and the proteasome concentration in the AD group and a negative correlation in the control group. Analysis of serum fibronectin concentration in AD patients showed a significantly higher median concentration than the control group(652.06 vs. 268.31 µg/ml). Moreover, it was demonstrated that AD patients have a significantly lower median MMP-1 (4.62 vs. 18.09 ng/ml). It was also observed that patients classified into categories 3 and 4 based on the MMSE test differed in MMP-1concentration. A positive correlation was found between the MMSE test result and MMP-1 concentration. There is a positive correlation between fibronectin concentration and age in the control group. Leptin content increases significantly in AD patients compared to healthy people (9.97 vs. 3.08ng/ml, p < 0.00001). Moreover, substantially higher cystatinC levels were found in AD patients (1.53 vs. 0.56µg/ml, p < 0.00001). The level ofphospho-tau181 protein also increases (8.46 vs. 4.19pg/ml, p < 0.00001). In patients with this neurodegenerative disease, a significant reduction in the level of neuropilin-1 isobserved (69.94 vs. 167.28ng/ml, p < 0.00001), which is puzzling compared to the literature data. The study also assessed the correlation between the tested markers and the diagnostic value. ROC curves were plotted, and cut-off points were indicated for the values of those markers for which the ranges in healthy people with those insick people.Research carried out as part of the doctoral dissertation allowed for identifying ahigh potential for using matrix biosensors with detection of Surface Plasmon Resonance inthe Imaging version for research in the diagnosis of Alzheimer disease. Opis: Wykaz dorobku naukowego stanowiącego podstawę dysertacji: 1) Bogdan S, Puścion-Jakubik A, Klimiuk K, Socha K, Kochanowicz J, Gorodkiewicz E. UCHL1 and Proteasome in Blood Serum in Relation to Dietary Habits, Concentration of Selected Antioxidant Minerals and Total Antioxidant Status among Patients with Alzheimer's Disease. J Clin Med. 2022 Jan 14;11(2):412. doi: 10.3390/jcm11020412; 2) Bogdan S, Puścion-Jakubik A, Klimiuk K, Socha K, Kochanowicz J, Gorodkiewicz E. The Concentration of Fibronectin and MMP-1 in Patients with Alzheimer's Disease in Relation to the Selected Antioxidant Elements and Eating Habits. J Clin Med. 2022 Oct 27;11(21):6360. doi: 10.3390/jcm11216360; 3) Bogdan, S.; Puścion-Jakubik, A.; Klimiuk, K.; Socha, K.; Kochanowicz, J.; Gorodkiewicz, E. The Levels of Leptin, Cystatin C, Neuropilin-1 and Tau Protein in Relation to Dietary Habits in Patients with Alzheimer’s Disease. J. Clin. Med. 2023, 12, 6855. https:// doi.org/10.3390/jcm12216855; 4) Oldak L, Zielinska Z, Socha K, Bogdan S, Gorodkiewicz E. Phospho-Tau 181 quantification method for Alzheimer's disease based on an array 2D biosensor combined with surface plasmon resonance imaging. Talanta. 2024 May 1;271:125736. doi: 10.1016/j.talanta.2024.125736. Epub 2024 Feb 2. PMID: 38316077.