Master's Thesis

Development and advanced physico-chemical characterization of liposomal systems for the release of biomolecules in a pulmonary model.

Author of thesis: Ing. Patricie Chýlková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Kotouček, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ivana Chamradová, Ph.D.

Abstract:

For inhaled medicines, particles encapsulating the medicines can  be engineered to pass through the pulmonary epithelium more effectively and remain in the bloodstream longer, protecting them from enzymes that would otherwise metabolize the medicines quickly. This Master's thesis focuses on the preparation and characterization of liposomes with encapsulated FGF10 STAB® for acute respiratory distress syndrome treatment. Thin film hydration and Mozafari methods were used, each allowing the preparation of liposomes with different compositions and properties. The thin film hydration method provided liposomes with complex composition containing either cationic or anionic lipid and/or covalently bound polyethylene glycol. The Mozafari method provided liposomes containing various lipid to glycerol ratios. Dynamic light scattering, steady state fluorescence anisotropy, enzyme linked immunosorbent assay, cellular uptake, cytotoxicity and air jet nebulization experiments were performed to characterize prepared liposome formulations and evaluate their suitability for pulmonary delivery by nebulization. Three liposome formulations prepared by the thin film hydration technique were evaluated as suitable candidates for pulmonary delivery of FGF10 STAB® since they exhibited low cytotoxic properties, good cellular uptake, high encapsulation efficiency and great stability. On the contrary, Mozafari liposomes, as prepared in this work, did not exhibit properties suitable for FGF10 STAB® encapsulation and delivery by nebulization.

Keywords:

Liposomes, FGF10 STAB®, thin film hydration method, Mozafari method, dynamic light scattering, steady state fluorescence anisotropy, enzyme linked immunosorbent assay, cellular uptake, cytotoxicity, air jet nebulization.

Date of defence

21.05.2026

Date of publish

20.05.2029

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou. Obruča: Proč se zkoušely všechny možné typy liposomů? Jaká byla motivace výběru PEGu? Kozáková: Jak probíhalo vyhodnocení záchytu liposomů v aparatuře?

Language of thesis

English

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 Ješinová, 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
Ing. Jan Kotouček, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Patricie Chýlkové se zaměřuje na vývoj a pokročilou fyzikálně-chemickou charakterizaci liposomálních systémů s terapeutickým proteinem FGF10-STAB® pro plicní aplikaci. Text je psán čtivou formou, jednotlivé kapitoly na sebe plynule navazují a po formální i typografické stránce je práce zpracována na vysoké úrovni. Kladně hodnotím rozsáhlou a pečlivě zpracovanou literární rešerši, ze které je zřejmé, že studentka výborně pracovala se zdroji, plně porozuměla řešené problematice a dokázala nabyté poznatky efektivně aplikovat ve vlastním výzkumu. V experimentální části studentka srovnávala dva různé přístupy k přípravě liposomů (metodu hydratace lipidního filmu a Mozafariho metodu) a zároveň hodnotila vliv různých lipidních kompozic. K hodnocení připravených formulací využila spektrum pokročilých analytických metod, které doplnila o in vitro sledování buněčného uptake a hodnocení cytotoxicity. Komplexnost práce dále podtrhuje posouzení vybraných formulací z hlediska jejich stability a vhodnosti pro inhalační podání formou nebulizace. Získané výsledky a formulované závěry představují cenný přínos pro další řešení projektu „Regenerativní strategie podporující zlepšení a obnovu plicních funkcí“. Práce prokazuje vysokou míru samostatnosti studentky i její praktickou a teoretickou připravenost. Vzhledem ke kvalitě zpracování, komplexnosti experimentálního designu a celkovému přínosu navrhuji hodnocení stupněm „výborně“ (A).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ivana Chamradová, Ph.D.

Předložená diplomová práce Bc. Patricie Chýlkové se zaměřuje na vývoj a pokročilou fyzikálně-chemickou charakterizaci lipozomálních systémů pro uvolňování biomolekul v plicním modelu, konkrétně FGF10-STAB® pro léčbu syndromu akutní dechové tísně (ARDS). Práce je psána v anglickém jazyce, čítá celkem 73 stran, z čehož 9 stran tvoří přílohy doplňující výsledky uvedené v hlavní části práce. Text je psán odborným jazykem a úroveň angličtiny je velmi vysoká. V některých částech práce se objevují delší souvětí, která by mohla být pro lepší čitelnost rozdělena, případně se opakují některá slovní spojení (on the other hand). V textu se vyskytují pouze minimální typografické chyby, což svědčí o pečlivé korektuře. Výsledky experimentů jsou komentovány velmi podrobně a jsou podloženy relevantními vědeckými publikacemi.
Studentka se zaměřuje na přípravu lipozomů Mozafariho metodou a metodou hydratace tenkého filmu (TFH). Obě metody byly použity k přípravě lipozomů s různým složením. Lipozomy byly charakterizovány pomocí metody dynamického rozptylu světu, přičemž byla sledována jejich velikost, index polydisperzity a zeta potenciál, a to po přípravě, po stanovené době až do 14. dne a po nebulizačním experimentu. Dále byly provedeny experimenty buněčného příjmu a cytotoxicity na myší fibroblastové buněčné linii L929. Enkapsulační účinnost (EE) byla stanovena pomocí metody ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay).
Hlavním cílem práce bylo připravit lipozomy s požadovanými vlastnostmi, tedy velikostí lipozomů pod 200 nm, enkapsulační účinností 50–60 %, nízkou cytotoxicitou a dostatečnou stabilitou během nebulizace. Vybrané lipozomální formulace byly následně testovány také na buněčné linii A549 (lidské alveolární bazální epiteliální buňky). Lipozomální formulace připravené metodou hydratace tenkého filmu (TFH) se jeví jako vhodní kandidáti pro pulmonární podávání FGF10-STAB®, a to díky nízké cytotoxicitě, vysokému buněčnému příjmu, vysoké enkapsulační účinnosti a dostatečné stabilitě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Why was the encapsulation efficiency (EE) determined using an indirect method, i.e., by measuring the non-encapsulated FGF10-STAB® using the ELISA method? How could EE be determined using a direct method?
  2. The high cytotoxicity of the Mozafari liposomes (40–50 % viability) was most likely caused by the high concentration of liposomes (10 mg/mL) used in the experiment. Why was this particular concentration selected, and how would you modify the experimental design to verify the effect of liposomes concentration on cytotoxicity in order to assess the suitability of Mozafari liposomes for pulmonary delivery more reliably?
  3. For the Mozafari liposomes, you observed inconsistent and fluctuating zeta potential values (p. 47, Figure 31), particularly in the presence of FGF10-STAB®, and you suggested that physiological saline might not be a suitable dispersing medium. What alternative approaches or solvents would you recommend for obtaining more reliable zeta potential measurements of these formulations?

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

Publication of diploma thesis, resp. its chapter "Experimental Part" is in accordance with the provision of § 47b, paragraph 4 of Act No. 111/1998 Coll., on Higher Education Institutions, postponed. The reason for postponing the publication is the fact that the diploma thesis, respectively, the chapter "experimental part" contains information protected by special legal regulations (e. g. No. 527/1990 Coll., on Inventions and Improvement Proposals).

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová