Hlavní oblasti výzkumu a vývoje

Náš výzkumný tým se kromě vývoje nových výpočetních nástrojů pro anotaci a funkční popis nemodelových organismů zaměřuje také na pokročilou analýzu molekulárně biologických dat. Důraz je kladen především na výzkum bakteriálních organismů využitelných v bioinženýrství a průmyslové biotechnologii. Cílem je získat systémový popis organismů s maximálním využitím laboratorně naměřených dat, kromě genomických, transkriptomických a epigenomických sekvenačních nástrojů také s využitím vysokotlaké kapalinové chromatografie, kvantitativní polymerázové řetězové reakce a mnoha dalších technik.

Výzkumná skupina se zabývá vývojem metod zpracování mikroskopických obrazů a jejími aplikacemi na různá obrazová data získaná během specifických buněčných experimentů. Typickými aplikacemi jsou segmentace buněk, jejich sledování (tzv. trackování) během dlouhodobých experimentů, klasifikace buněk atd. Mezi nejčastěji zpracovávané modality patří kvantitativní i klasická fázová mikroskopie, klasická a konfokální fluorescenční mikroskopie.

Náš tým vyvíjí nové metody pro číslicové zpracování velkoobjemových genomických dat se zaměřením na de novo sestavování genomů, genotypizaci nových bakteriálních kmenů či metataxonomické a metagenomické studie. Na rozdíl od zpracování DNA v běžném textovém zápisu umožňují naše metody systémový přístup a výpočetně efektivnější analýzu často periodických a redundantních genomických dat.

Výzkumná skupina působí zejména v oblastech buněčného a tkáňového inženýrství s cíli využití výsledků v regenerativní medicíně. Ve výzkumu na živých buňkách a tkáňových vzorcích jsou uplatňovány technologicky náročné měřicí a zobrazovací metody pro na sledování a měření elektrických, mechanických a fluorescenčních jevů, společně s využitím nanočástic a biotisku. Výzkum je podpořen použitím fluorescenční, konfokální a holografické mikroskopie nebo pokročilé mikrofluidní a inkubační techniky. Typickými aplikacemi jsou sledování migrace buněk v extracelulárním matrix ve 2D a 3D prostoru s využitím konfokální fluorescenční mikroskopii, sledování změny jejich motility vlivem mechanického/elektrického nebo chemického podnětu a také monitorování mitochondriální funkce a aktivity. Další oblastí působení je elektrofyziologie excitabilních buněk a tkáně, kde jsou uplatňována mikroelektrodová pole nebo rychlé fluorescenční kamery pro mapování elektrické aktivity srdečních buněk nebo neuronů. Biotiskárna a optogenetické zařízení umožňují sledovat aktuální trendy v buněčném inženýrství. 

Skupina se zabývá výzkumem v oblasti teorie i aplikace pokročilých metod analýzy a zpracování medicínských obrazových dat. Zaměřujeme se na vývoj komplexních algoritmů pro aplikační použití zejména (ale nejen) na data získávaná tomografickými zobrazovacími systémy jako například rentgenovskou počítačovou tomografií (CT) a magnetickou rezonancí (MR) s cílem podpory lékařské diagnostiky v různých medicínských oblastech. Naše činnost zahrnuje teoretický výzkum, vytvoření nových algoritmů, jejich implementaci a funkční ověření, včetně klinického testování na spolupracujících klinických pracovištích. Naše výzkumná skupina aktivně spolupracuje s řadou významných zahraničních i národních institucí, jako například King's College London (KCL) – Velká Británie; German Cancer Research Center (DKFZ) – Heidelber, Německo; Philips HealthCare; Všeobecná fakultní nemocnice (VFN) v Praze; Fakultní nemocnice Brno (FN Brno); Fakultní nemocnice u svaté Anny (FNUSA) v Brně.

Náš tým byl založen v roce 2015. Publikujeme výhradně v impaktovaných časopisech, které jsou ve většině případů zařazeny do kategorie Q1. Zaměřujeme se především na filtraci, analýzu a kompresi záznamů EKG. Dále se zaměřujeme na zpracování a analýzu dat z nositelných zařízení (chytré telefony, hodinky a náramky) za účelem hodnocení zdravotního stavu a aktivity jedinců. K tomuto účelu využíváme rovněž profesionální nositelná zařízení (Faros, Shimmer). V rámci naší činnosti jsme vytvořili několik veřejně dostupných databází signálů a jejich anotací, které jsou volně dostupné na stránkách Physionet.org. V současnosti jsme řešiteli prestižního grantu pro americké námořnictvo (“Health and activity monitoring by wearables in extreme conditions”) zaměřeného na analýzu zdravotního stavu a aktivity jedinců v extrémních podmínkách v reálném čase (vojáci, hasiči, policisté).

Tato výzkumná skupina se zabývá vývojem nových diagnostických postupů v oftalmologii se zaměřením na nemoci sítnice oka. Jedná se především o aplikaci pokročilých metod zpracování obrazů a metod strojového či hlubokého učení. Aktivita zahrnuje také experimentální vývoj nových přístrojů pro oftalmologii jako je video-oftalmoskop či makro-kamera pro pupilometrii.