Development of antimicrobial wound healing nanostructure biomaterials

Bakalářská práce byla zaměřena na optimalizaci výroby nanočástic s bioaktivní složkou – konkrétně na enzymy a antibiotika enkapsulované v lipozomech. Takto připravené nanočástice s obsahem aktivních látek by mohly být využity v oblasti farmacie či kosmetologie. V teoretické části byla zpracována rešerše, která popisuje složení kůže, její poranění a kryty ran. Byly charakterizovány materiály používané pro přípravu nanočástic a nanovláken, dále zde byly zahrnuty postupy pro výrobu takovýchto nanomateriálů. Zmíněny v této části byly i enzymy a antimikrobiální léčiva využívány k hojení ran a způsoby stanovení antimikrobiální aktivity. Praktická část byla zaměřena na charakterizaci a optimalizaci vytvoření lipozomových částic s enkapsulovanými enzymy. Částice byly připraveny dvěma způsoby. První typ částic byly klasické lipozomy, druhý typ částic byl obohacen o biopolymer polyhydroxybutyrát pro zvýšení enkapsulační účinnosti a zlepšení stability částic. Pro nejvyšší enkapsulační účinnost byly vybrány enzymy bromelain a lysozym. Enkapsulace těchto dvou enzymů probíhala dvěma způsoby – hydratací tenkého filmu a sonifikační metodou. Obě metody vykazovaly vysokou enkapsulační účinnost, ale sonifikační metoda se ukázala být pro enkapsulaci nevhodná z důvodu denaturace enzymu. U uvolněných enzymů z částic byla měřena proteolytická aktivita. Stabilita částic byla pro porovnání sledována ve fyziologickém a vodném prostředí měřením zeta potenciálu až po dobu 28 dní. Enzymy, ampicilin a částice vytvořené sonifikací byly následně podrobeny antimikrobiálním testům, ve kterých byly použity dva testovací kmeny bakterií. Na závěr byly také vytvořeny alginátové částice s enkapsulovanými enzymy, u nichž byla změřena enkapsulační účinnost a proteolytická aktivita enzymu. V práci byly nastíněny další způsoby enkapsulace aktivních látek, které by mohly být dále využity k výrobě nanomateriálů pro zefektivnění procesu hojení ran.The bachelor thesis is focused on optimizing the production of nanoparticles with a bioactive component - especially on enzymes and antibiotics encapsulated into lipozomes. Nanoparticles with active substances could be used in the field of pharmacy or cosmetology. In the theoretical part the composition of the skin, skin injuries, and wound covers are described. The materials used for the preparation of nanoparticles and nanofibers are characterized as well as processes to produce such nanomaterials. Enzymes, antimicrobial drugs, and methods for determining antimicrobial activity are mentioned in this section, too. The practical part deals with the characterization and optimization of the formation of lipozome particles with encapsulated enzymes. The formed particles were divided into two groups. The first type of particles were pure lipozomes, while the second ones enriched by polyhydroxybutyrate to increase the encapsulation efficiency and improve the stability of the particles. The enzymes bromelain and lysozyme were selected for the highest encapsulation efficiency. The encapsulation of these two enzymes took place in two ways - by thin film hydration and by sonication method. Both methods showed high encapsulation efficiency, but the sonication method proved to be unsuitable due to enzyme denaturation. The proteolytic activity of the released enzymes from the particles was measured. The stability of the particles was monitored in a physiological and aquatic environment by measuring the zeta potential for up to 28 days. Moreover, the enzymes, ampicillin, and particles created by sonication were subsequently subjected to antimicrobial tests by using two test bacterial strains. Finally, alginate particles with encapsulated enzymes were also formed, then the encapsulation efficiency and proteolytic activity of the enzyme were measured. In this study also other methods of encapsulation of active substances are outlined, which could be possibly used to produce nanomaterials suitable for wound healing.