Bachelor's Thesis

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF NANOPARTICLES CONTAINING NATURAL BIOACTIVE SUBSTANCES FOR PHAUMACEUTICALS AND COSMETICS

Final Thesis 1.18 MB

Author of thesis: Adriana Kokojanová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Reviewer: Ing. Vojtěch Bureš

Abstract:

This bachelor thesis deals with the characterization of the yeast Rhodotorula toruloides and the determination of its growth characteristics along with metabolic activity. The aim of this bachelor thesis was to extract extracellular biopolymers of the yeast Rhodotorula toruloides and to determine whether they can be used for the preparation of nanoparticles that could serve as carriers of active substances with antioxidant or antimicrobial effects.
The theoretical part describes the characterization of yeasts and microalgae producing active intra-and extracellular substances such as fatty acids, lipids, polysaccharides and carotenoids. The procedures for the preparation and characterization of nanoparticles, especially based on polysaccharides, are discussed. The active substances with which further work was carried out in the experimental part are also listed.
In the experimental part, the change in biomass and extracellular biopolymer production was determined when the nitrogen concentration in the production medium changed. The yeast Rhodotorula toruloides was cultivated and its extracellular polysaccharides were extracted. From them, selenium nanoparticles were prepared by ascorbic acid reduction and organic nanoparticles by polyelectrolyte complementation method. The most stable particles were measured for antioxidant effect using DPPH, antimicrobial effect using a disc test, and finally a skin test was performed.
The most stable particles were organic nanoparticles with vitamin E prepared by polyelectrolyte complementation method, their size was 463,8±10,5 nm and zeta potential was 21,95±0,64 mV. The particles had an encapsulation efficiency of 88,16±0,27 % and showed antioxidant effect, but did not show any antimicrobial effect. The prepared particles show potential for use in cosmetics and pharmacy. Future work could be focused on adding antimicrobial effect to the particles, and a deeper optimization of the particle preparation could be performed, which would focus on increasing the encapsulation of hydrophilic active substances.

Keywords:

Nanoparticles, Rhodotorula toruloides, yeast, exopolysaccharides

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace student-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla velmi dobrý výtah výsledků své bakalářské práce, zodpověděla dotazy oponentské i členů komise, reagovala na připomínky k bakalářské práci. V diskusi tak studentka prokázala velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako velmi dobrou. Pekař: Co má za funkci selen? Kozáková: Jak měla vypadat finální struktura enkapsulované nanočástice? Dzik: Proč selenové nanočástice?

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Physical and Applied Chemistry

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
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Bakalářská práce se zabývá charakterizací metabolické aktivity kvasinky Rhodotorula toruloides a produkcí intra- i extracelulárních metabolitů. Jedná se o novou, dosud neřešenou problematiku, jejímž hlavním cílem bylo  extrahovat extracelulární biopolymery kvasinky a ověřit jejich použitelnost pro přípravu nanočástic, které by mohly sloužit jako nosiče aktivních látek s antioxidačními či antimikrobiálními účinky.

Studentka zpracovala adekvátní teoretickou část odpovídající komplexně řešenému tématu. Je třeba ocenit, že v rámci experimentální práce zvládla studentka samostatně řadu metod od kultivačních technik, izolace a purifikace EPS, přes instrumentální techniky, produkci organockých i anorganických nanočástic, jejich charakterizaci a funkcionalizaci a hodnocení jejich biologického účinku.
Jako inovativní ze označit zejména posupy přípravy EPS nanočástic (selenové nanočástice byly připraveny redukcí kyselinou askorbovou;  organické nanočástice metodou polyelektrolytické komplementace). U nejstabilnějších částic byl změřen antioxidační účinek za pomoci DPPH, antimikrobiální účinek terčíkovým diskovým testem, a nakonec byl proveden test na kůži.

Studentka musela řešit dílem zcela novou problematiku, s níž si velmi dobře poradila. Pravidelně využíala konzultace, výsledky zpracovala a samostatně vyhodnotila i adekvátně okomentovala. Více pozornosti by si zasloužila práce s literaturou a finální úprava textu. Podobnost práce s jinými texty (systém Theses) je 5,3%, což svědčí o vysoké míře originality studie. Připravené částice navíc vykazují potenciál pro použití v kosmetice a farmacii.

S ohledem na výše uvedené komentáře doporučuji práci k obhajobě a hodnotím celkovou známkou A ("výborně").
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 B
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování B
Využití poznatků z literatury B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Vojtěch Bureš

Studentka se v bakalářské práci věnovala biotechnologické produkci extracelulárních biopolymerů a biologicky aktivních látek a jejich následné inkorporaci do nanočástic.
V teoretické části jsou rozebrány vlastnosti kvasinek a mikrořas se zaměřením na Rhodotorula toruloides a Galdieria cf merola. Podrobně jsou popsány intracelulární a extracelulární produkty, produkované kvasinkami, a možnosti jejich následného využití. Dále jsou popsány metody přípravy nanočástic a jejich charakterizace. Teoretická část po formální i obsahové stránce odpovídá úrovni bakalářské práce, je velmi přehledná, srozumitelná a v podstatě neobsahuje gramatické chyby a jiné nedostatky. Jedinou drobnou výtkou by mohlo být příliš časté používání číslovaných nadpisů.
V experimentální části jsou podrobně popsány použité postupy kultivací, extrakce bioaktivních látek, přípravy nanočástic a izolace biopolymerů. V případě postupů analýz extraktů, biopolymerů a nanočástic (zejména stanovení antioxidační aktivity, obsahu sacharidů a bílkovin) chybí některé klíčové údaje, zejména koncentrace vzorků a ředění. Řazení a pojmenování jednotlivých kapitol místy působí nesouvisle a nepřehledně, to samé platí pro sekci Výsledky a diskuze. Dílčí výsledky práce jsou velmi srozumitelně shrnuty v grafech, v těch je ale někdy použita nevhodná jednotka nebo zavádějící popisky (Obrázky 4, 6, 7). Diskuze dílčích výsledků není dostatečně citovaná, někdy citace úplně chybí, což je škoda - výsledky této práce jsou natolik zajímavé, že hlubší srovnání s aktuálním stavem problematiky rozhodně zasluhují. Tomu odpovídá poměrně nízký počet citací, uvedených v seznamu zdrojů (celkem 43 citací, z toho 36 uvedeno v teoretické části práce). V závěru jsou ale výsledky velmi přehledně shrnuty a navrženy další možné směry práce.
Studentka v práci splnila všechny části zadání a splňuje všechny požadavky na bakalářskou práci. Výsledky práce jsou velmi zajímavé a zasluhují pokračování v tomto směru. Doporučuji ji k obhajobě a hodnotím stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace D
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace B
Topics for thesis defence:
  1. 1) U oleogenních kvasinek, jako je Rhodotorula toruloides, se při limitaci dusíkem (vysoký C:N poměr) obecně očekává spíše zastavení růstu a stimulace syntézy exopolysacharidů či lipidů. V závěru práce uvádíte, že produkce biomasy mírně rostla se zvyšujícím se C:N poměrem, produkce extracelulárních biopolymerů naopak klesala. Co by mohlo tento jev způsobit?
  2. 2) Jak vliv může mít ředění vzorku na stanovení polydisperzity metodou DLS?
  3. 3) Jaká jsou možná a již známá rizika použití polysacharidových nanočástic ve farmacii a kosmetice?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová