Enkapsulace bioaktivních látek resorbovatelným kopolymerem

Abstract

Diplomová práce se zabývá enkapsulací fibroblastového růstového faktoru 2 (FGF2), který podporuje hojení ran a angiogenezi tkání, a proto je v posledních letech stále více používán v oblasti regenerativní medicíny. Zásadním problémem však je, že snadno interaguje s polymerní matricí a kompozitními nosiči, což může negativně ovlivňovat uvolňování a s tím spojenou účinnost proteinu. Enkapsulace FGF2 pomocí biodegradabilního a resorbovatelného termogelačního kopolymeru do formy nanočástic zajistí řízené uvolňování proteinu a současně ochranu před jeho nežádoucí degradací a interakcí s matricí. Teoretická část práce shrnuje základní poznatky z oblasti biodegradabilních polymerů a jejich využití v medicínských aplikacích především jako nosičů léčiv. Dále se práce zaměřuje na možné způsoby přípravy nanočástic a na řízené uvolňování bioaktivních látek. V experimentální části práce byla pro enkapsulaci využita dvojitě emulzní metoda W/O/W (water in oil in water) v kombinaci s technikou odpařování organického rozpouštědla. Z biodegradabilního termogelačního kopolymeru byly připraveny prázdné vrstevnaté „core-shell“ nanočástice s cílem inkorporovat do těchto částic nejdříve modelové proteiny (albumin a lysozym) a následně i růstový faktor FGF2. Vzniklé částice byly charakterizovány pomocí dynamického rozptylu světla (velikost), skenovací elektronové mikroskopie (morfologie) a zeta potenciálu (stabilita). Na základě měření na UV-VIS spektrofotometru byla stanovena enkapsulační efektivita (EE) všech bioaktivních látek a sledovalo se jejich in vitro uvolňování do fosfátového pufru po dobu 21 dní. Podařilo se připravit sférické částice o velikosti přibližně 200 nm s enkapsulační efektivitou 95.7 %. Nicméně, celkově se z vrstevnatých kapslí po 21 dnech uvolnilo pouze 25.8 % FGF2. Optimalizací metody přípravy částic, např. změnou pH, použitím jiného organického rozpouštědla nebo modifikací polymeru by mohlo být dosaženo většího množství uvolněné látky.

The diploma thesis focuses on the encapsulation of fibroblast growth factor 2 (FGF2) gaining increasing interest in regenerative medicine in recent years due to its ability to promote wound healing and tissue angiogenesis. However, a major problem lies in the protein interaction with polymeric matrix and composite carriers, which can negatively affect its release and efficacy. Encapsulation of FGF2 using a biodegradable and resorbable thermogelling copolymer into core-shell nanoparticles ensures controlled release of the protein and at the same time protection against unwanted degradation and matrix interaction. The theoretical part of the work summarizes the basic knowledge in the field of biodegradable polymers and their use in medical applications, especially as drug carriers. Furthermore, the work focuses on possible methods of nanoparticle preparation and on the controlled bioactive substances release. In the experimental part of the work, the double emulsion W/O/W (water in oil in water) method in combination with the solvent evaporation technique was used to encapsulate bioactive FGF2. Empty core-shell capsules were prepared from the biodegradable thermogelling copolymer to incorporate first into these particles model proteins (albumin and lysozyme) and then the growth factor FGF2. The resulting particles were characterized by dynamic light scattering (size), scanning electron microscopy (morphology), and zeta potential (stability). Based on UV-VIS spectrophotometer measurements, the encapsulation efficiency was determined and the release of bioactive substances into phosphate-buffered saline was monitored for 21 days. Spherical particles of approximately 200 nm in size with an encapsulation efficiency of 95.7% were prepared. However, overall, only 25.8% of FGF2 was released from the core-shell capsules after 21 days. By optimizing the particle preparation method, e.g.: by changing the pH, using another organic solvent, or modifying the polymer, a larger amount of released substance could be achieved.