Modifikace biopolymerních substrátů antibakteriálními enzymy

Abstract

Narastajúca rezistencia rady bakteriálnych kmeňov voči bežne používaným antibiotikám tvorí celosvetový problém v liečbe bakteriálnych infekcií. Veľký význam naberajú náhrady týchto preparátov. Pri hľadaní vhodnej alternatívy svoje miesto našli proteíny, enzýmy a peptidy s antibakteriálnou funkciou. Ich začlenenie do vhodných biopolymérnych nosičov môže mať potenciálne využitie ako kožných krytov. Dôležitým faktorom pre výber vhodného antibakteriálneho materiálu je rýchlosť a spôsob uvoľňovania týchto antibakteriálnych terapeutík na mieste bakteriálnej infekcie. Táto diplomová práca sa zaoberá prípravou biopolymérnych materiálov s použitím antibakteriálneho aditíva lysostafínu. Toto enzybiotikum bolo vybrané na základe štúdií in vitro a in vivo, kde preukázal svoje výborné antibakteriálne vlastnosti proti meticilin rezistentnému Zlatému stafylokokovi (MRSA). Boli pozorované profily uvoľňovania lysostafínu z kolagénových, karboxymetyl celulózových (CMC) poréznych materiálov a ich zmesí. Množstvo uvoľneného lysostafínu bolo stanovené pomocou SDS-PAGE elektroforézy a Bradfordovým činidlom za použitia UV-VIS spektrometru. Na základe výsledkov analýz bolo zistené, že koncentrácia, typ, ani sieťovanie kolagénu nemá výrazný vplyv na čas uvoľnenia lysostafínu do roztoku. Výrazný vplyv mal však prídavok CMC. Prídavok práškovej CMC spôsobil takmer okamžitý rozpad matrice a uvoľnenie enzybiotika do roztoku, zatiaľ čo prídavok vláknitej CMC výrazne spomalil uvoľnenie lysostafínu. Štúdium uvoľňovania lysostafínu z poréznych matríc bolo podporené sledovaním štruktúry a porozity s využitím skenovacieho elektrónového mikroskopu (SEM), hydrolytickej stability, botnania a kinetiky uvoľňovania antibakteriálneho enzýmu. Pripravené biomateriály obohatené o antibakteriálne aditívum majú veľký potenciál pre biomedicínske účely ako kryty rán s funkciou napomôcť hojeniu rán a predísť infekcii MRSA.

As a result of the increasing resistance of bacterial strains to common antibiotics, treating bacterial infections has become a worldwide problem. Replacement of these preparations has become very important. Antibacterial proteins, enzymes, and peptides have been found to be a suitable alternative. The incorporation of these antibacterial additives into suitable biopolymer carriers may have potential use in wound dressings. An important factor in selecting a suitable antibacterial material is the rate of release and process in which the antibacterial therapeutic is released at the site of bacterial infection. This thesis discusses the preparation of biopolymer materials using the antibacterial additive lysostaphin. The selection of this enzybiotic was based on in vitro and in vivo studies, where excellent antibacterial properties against methicilin-resistant Staphyloccocus aureus (MRSA) were demonstrated. The release profile of lysostaphin was studied from collagen, carboxymethylcellulose (CMC) porous materials, and their mixtures. The amount of lysostaphin released was determined by SDS-PAGE electrophoresis and Bradford reagent using a UV-vis spectrometer. On the basis of the results, it was found that the change in collagen concentration, type or crosslinking did not have a significant effect on the time of release of lysostaphin from porous matrices. On the other hand, the addition of CMC had a significant effect on release of lysostaphin. Almost immediate disintegration of the matrices with the release of the enzyme into solution was observed using powdered CMC, while release of the enzyme from woven CMC was significantly slower. The study of enzyme release from porous matrices was supported by examination of the structure and porosity of the antibacterial enzyme using a scanning electron microscope (SEM). Prepared biomaterials enriched with an antibacterial additive have great potential for biomedical purposes as wound dressings with the function of aiding wound healing and preventing MRSA infection.