Bachelor's Thesis

Preparation and stability of hyaluronic acid for future applications in drug delivery systems

Final Thesis 1.8 MB

Author of thesis: Kristýna Pajpachová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Abstract:

This bachelor's thesis focuses on the preparation, structural stability, and characterization of the acidic form of hyaluronan with regard to its use in drug delivery systems. The aim was to evaluate the effect of HCl concentration and temperature on the structural stability of the selected polysaccharide. Successful protonation was verified using FTIR-ATR spectroscopy, which revealed, that protonation occurs immediately after adding hyaluronan to the HCl solution, even at the lowest selected concentration. Analysis of the major components showed that no further changes occur in the structure of hyaluronan's functional groups at acid concentrations ranging from 0.01 to 1 M. Polymer chain degradation was monitored using SEC-MALS, which confirmed that the lowest selected HCl concentration causes an immediate decrease in molecular weight of nearly 50% at room temperature. Increasing the temperature to 40 °C and 60 °C significantly accelerated the kinetics of hydrolysis of glycosidic bond. The findings of this study significantly contribute to the optimization of hyaluronic acid preparation for application in drug delivery systems.

Keywords:

hyaluronic acid, protonation, acid-base-catalysed degradation, stability, hydrochloric acid, drug delivery systems

Date of defence

10.06.2026

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 bakalářské 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 bakalářské práce. Komise zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako výbornou. Obruča: Proč byla zvolena HCl? Kozáková: Co tvořilo kontrolní vzorek?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (BPCP_CHMA)

Composition of Committee

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

Supervisor’s report
doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D.

Studentka Kristýna Pajpachová se ve své bakalářské práci zabývala převedení solí kyseliny hyaluronové na její „kyselou“ formu, která je výchozím materiálem v mnoha dalších aplikacích a jejího využití, a to zejména při přípravě nosičových systémů léčiv na bázi tohoto polysacharidu a kovalentní vazby mezi tímto nosičem a potencionálním léčivem. Hned na tomto místě musím studentku pochválit, jelikož co se týče převedení hyaluronanu na (H+) formu, tak literárních zdrojů veřejně dostupných je jen velmi málo a dají se snad spočítat na prstech jedné ruky, kdy tato ruka přišla v důsledku úrazu o dva pomyslné prsty. Jinými slovy, všichni naší vědečtí kolegové(ině) citují pouze jeden patent, který se touto přípravou kyseliny hyaluronové zabývá.
Jelikož studenta „chytila laboratorní projekt doslova za pačesy“, tak v rámci tohoto předmětu již zpracovala rozsáhlou literární rešerši, která přispěla k definování samotné experimentální činnosti této BP. Jinými slovy, Kristýna Pajpachová samostatně definoval vědecko-výzkumný „hlad“ resp. cesty, kterým je dobré se v této VŠKP věnovat, a to konkrétně a) fyzikálně-chemická stabilita řetězce tohoto polysacharidu v průběhu jeho protonace; b) vliv rozpouštění nativní formy hyaluronanu na jeho biopolymerní stabilitu (ověření zda nativní hyaluronan není při samotné dialýze degradován např. mikrobiální aktivitou při nedodržování antimikroibiálních podmínek při samotném purifikačním kroku).
Za účelem studia stability tohoto potencionálního nosičového systému byly studentkou použity následující instrumentálních technik: SEC-MALL a infračervená spektrometrie, kde tyto techniky byly doplněny i o sofistikovanou chemometrickou analýzu – analýzu hlavních komponent PCA přes celá infračervená spektra.
Experimentálních úkolů se studentka zhostila velmi obstojně, jelikož se jí podařila vyvinout metoda protonace hyaluronanu s praktickým ověřením míry hydrolýzy, a to jak z hlediska použité koncentrace minerální kyseliny, tak i z hlediska termodynamického činitele tzn. teploty.
Velká pochvala patří Kristýně Pajpachové za to, že v rámci spektrometrické charakterizace připravených systémů se ponořila do „tajů“ vibrační spektrometrie, čemuž předcházela zejména podrobná teoretická příprava, díky které byla studentka schopen bravurně interpretovat naměřená data z kvalitativního hlediska.
V průběhu řešení této bakalářské práce studentka prokázala velmi dobou experimentální zručnost a samostatnost, k práci přistupovalo vždy velmi zodpovědně a nad míru pečlivě.
Rovněž u studentky Kristýny Pajpachové oceňuji to, že se při psaní této VŠKP nebál sám interpretovat získané výsledky a vyvozovat z nich logické a správné závěry, a to v vždy podpořené odkazy na předešlé studie.
Konzultací bylo studentkou využíváno v plné míře, a proto jsem měl jako vedoucí velmi dobrý přehled jako probíhá samotné měření a sepisování této VŠKP.
Pevně věřím, že nabyté teoretické znalosti i praktické zkušenosti studentka Kristýna Pajpachová využije při své navazující výzkumné činnosti v rámci svého budoucího magisterského studia. Celkově musím konstatovat, že se mi s Kristýnou Pajpachovou velmi dobře spolupracovalo a rád budu v této spolupráci pokračovat při jejím dalším studiu na Fakultě chemické. Předloženou bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm „Výborně (A)“.
Evaluation criteria Grade
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
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Bakalářská práce Kristýny Pajpachové podává ucelený pohled na důsledky působení kyseliny chlorovodíkové na sodnou sůl hyaluronanu, s důrazem na možnost využití této cesty k přípravě skutečně kyseliny hyaluronové. Rozsah kolem padesáti stran a členění na tradiční kapitoly (části) naplňují formální očekávání. Teoretický úvod je na bakalářské úrovni zdařilým přehledem různorodých základních informací o hyaluronanu, doplněný krátkým pohledem na základní druhy nosičů léčiv. Fakticky zachází i do oblasti současného stavu poznání – příslušná část obsahuje jen dva odkazy, současné poznání bude asi bohatší, byť v bakalářské práci neočekáváme širokou rešerši.
Formální stránka se při pouze elektronické verzi nehodnotí dobře, nicméně k ní nemám zásadní výhrady, obrázky jsou dostatečně velké, dobře čitelné, byť někdy se hůře orientuje v řadě křivek (spekter). Tabulky jsou v pořádku, jen obsahují zbytečné svislé čáry. Často se objevuje podivnost poslední doby – umísťování čísel odkazů až na konec celého odstavce, nikoli tam, kde byl odkaz poprvé použit. Popis provedení experimentů i jejich výsledků je dostatečně podrobný. Jen chybí podrobnosti o provedení PCA (komerční program, vlastní počítání...). Také část o součsném stavu poznání mohla být uvedena sdělením, o poznání konkrétně čeho jde. Někdy se objevují neobratné formulace, např. v úvodu do experimentální části. PCA je statistická, nikoli statická metoda (str. 26). Za horní hranici velikost nanočástic bývá považováno 100 nm, práce uvádí na str. 19 limit 1000 nm.
Autorka diskutuje vliv použité minerální kyseliny na hyaluronan, zejména na jeho degradaci („zkracování“) působením kyseliny, mohla ještě doplnit svůj názor na použitelnost tohoto postupu při snaze připravit kyselou formu hyaluronanu pro následné využití třeba v oblasti přípravy nosičů léčiv.
Nicméně i tak Kristýna Pajpachová prokázala schopnost vyhledat relevantní informace pro plnění zadaných úkolů v chemické laboratoři, navrhnout a realizovat odpovídající experimenty a zamýšlet se nad jejich výsledky a získanými daty. Její práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Použitý postup přípravy kyselé formy byl převzat z literatury nebo je v něm i vlastní invence?
  2. Je tedy působení HCl vhodnou metodou ke získání kyselé formy hyaluronanu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová