Master's Thesis

Computer modeling of drug transport

Final Thesis 2.79 MB

Author of thesis: Ing. Matouš Vrána

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Reviewer: Mgr. Jan Žídek, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis is focused on the knowledge of pharmaceutical drug movement in the bloodstream and the human body, computer simulation of such movement in COMSOL Multiphysics with the help of Particle Tracing for Fluid Flow module and Transport of Diluted Species in Porous Media module. The aim of the thesis was to understand drug pathways in the organism and to design suitable models of drug transport through the blood vessel wall in such a way that the results could be experimentally verified.
Three models were created to simulate and observe the movement of drugs into tissue through the vessel wall. The first model used Particle Tracing for Fluid Flow module for this purpose, while the second and the third used Transport of Diluted Species in Porous Media.

Keywords:

Pharmaceutical drug, Blood, Pharmacokinetics, Particle Tracing, Transport of Diluted Species, COMSOL Multiphysics

Date of defence

29.05.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Obhajoba diplomové práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl velmi dobrý výtah výsledků své diplomové práce, zodpověděl dotazy oponentské i členů komise, reagoval na připomínky k práci. V diskusi tak student prokázal velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila jeho diplomovou práci celkově jako velmi dobrou. Obruča: Proč jste si vybral penicilin G?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Processes and Materials of Medical Applications (BF)

Composition of Committee

doc. PharmDr. Ing. Radka Opatřilová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Matouš Vrána pracoval na zadání diplomové práce svým osobitým způsobem. To jest s vysokou samostatností, minimem konzultací, ovšem s vlastní invencí. V používaném programovém balíku COMSOL se pohyboval jako doma, samostatně nebo s využitím uživatelských sítí řešil problémy, na které při formulaci a řešení modelů narážel. Nakousl několik modelů, které budou sloužit k dalšímu rozvoji modelování transportu v biologickém prostředí a řízeného uvolňování na našem pracovišti. Jeho práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání B
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce B
Celkový přístup k řešení úkolů B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Mgr. Jan Žídek, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Matouše Vrány se zabývá počítačovým modelováním transportu léčiv pomocí softwaru COMSOL Multiphysics a věnuje se důležitému tématu v oblasti farmakokinetiky a biomedicínského inženýrství. Práce je zpracována svědomitě, přináší zajímavé poznatky a ukazuje autorovu dobrou orientaci v mezioborové problematice zahrnující chemii, fyziku, biologii i numerické simulace.

Po obsahové stránce práce nabízí důkladnou teoretickou část, která pokrývá celé spektrum souvisejících témat, od stavby cévního systému přes charakteristiku krve až po různé typy nosičů léčiv. Naopak je méně pozornosti věnováno samotnému modelu. To může ztěžovat orientaci čtenáře v tom, co je pro samotný model podstatné a také jak tento model byl navržen (Otázka 1).

Experimentální (modelová) část je zpracována velmi dobře. Autor navrhl a realizoval několik typů modelů, přičemž využil různé přístupy dostupné v rámci COMSOLu. Je zřejmé, že s programem aktivně pracoval a porozuměl jak teoretickému podkladu modelu, tak správně popsal fyzikální  význam jednotlivých parametrů. Výsledky jsou prezentovány přehledně.

Pro další rozvoj tématu by bylo přínosné rozšířit diskusi o validaci vytvořených modelů. I přesto, že experiment nebyl plánován bylo by dobré diskutovat, jak by se provedlo  porovnání s experimentálními daty (Otázka 2).

V některých místech je zbytečná informace, Je to například Kapitola 5.2 není nutné popisovat, že je to nezdařený model. Mimochodem proč je tento model nezdařený. Z textu to není zřejmé (Otázka 3).  

Po formální stránce je práce dobře strukturovaná, jazyková úroveň je relativně solidní. Bylo zaznamenáno pár překlepů. Styl je relativně odborný a celkově čtivý a věcný. Grafická úroveň práce, možná trochu postrádá kvalitnější obrázky zejména lineární grafy – čáry jsou příliš tenké a grafy jsou místy nedostatečně popsané. Navíc některé obrázky nejsou citovány v textu. V textu by měly být citovány všechny obrázky i ty v literární rešerši. Navíc (asi jako důsledek automatické tvorby odkazu) není slovo Obrázek v práci skloňované. Je tam často  formulace typu „byla označena hrana na Obrázek 18 jako výpusť částic“. Pokud by to byla ojedinělá chyba dalo by se to přehlédnout.
Nicméně nesprávné skloňování je téměř u všech odkazů. Pokud by student po sobě práci pozorně četl musel by to odhalit. Z toho důvodu snižuji na stupeň B. 

Celkově tato diplomová práce představuje pečlivě zpracované a odborně dobře zpracované dílo, které naplňuje zadané cíle a přináší konkrétní výstupy využitelné pro další studium transportu léčiv. Přes několik drobných připomínek jde o velmi zdařilou práci, která prokazuje autorovu schopnost samostatně řešit složitý úkol z oblasti modelování a zasadit jej do biologického a farmaceutického kontextu.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem C
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Z jaké reálné struktury vychází modelová struktura na obrázku 18? Co v reálném materiálu tvoří ty popsané zábrany?
  2. Navrhněte experiment, kterým by se model dal ověřit v praxi.
  3. Proč byl model v kapitole 5.2 nezdařený? Z textu to není zřejmé.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová