Antimikrobiální potenciál konopného extraktu enkapsulovaného do vybraných anorganických nanonosičů

Bc. Jonáš Kyclt

Diplomová práce

Antimicrobial potential of cannabis extract encapsulated in selected inorganic nanocarriers

Anotace:

V posledních letech se dostává konopí a jeho terapeutické využití stále častěji do povědomí a diskuzí mnoha vědeckých prací. Studie ukazují, že účinné látky konopí (zejména kanabinoidy a terpeny) mají velký léčebný potenciál u mnoha onemocnění. V literární rešerši byly shrnuty základní poznatky o konopí a biologicky aktivních látkách, dále také o využití enkapsulace rostlinných biologicky aktivních látek do anorganických nanonosičů a jejich další využití v oblasti medicíny. Tato práce byla zaměřena na vyhodnocení antimikrobiální aktivity konopného extraktu enkapsulovaného do anorganických nanonosičů. Extrakt konopí z kultivaru Chocolope byl enkapsulován do dvou nanonosičů a to do nanojílu v hmotnostním poměru (nanojíl:konopí) 1:1 a 2:1. V případě MCM–41 byl poměr 1:1, a následně byla provedena jejich charakteristika. Antimikrobiální aktivita byla hodnocena metodou minimálni inhibiční koncentrace (MIC) udávající hodnotu, při kterém je růst inhibován o 80 % ve srovnání s kontrolou růstu. Stupeň inhibice bakteriálního růstu byl hodnocen po 24 hodinách, u plísní po pěti dnech. Dále byl testován cytotoxický efekt na lidských buňkách kůže Charakterizace připravených částic potvrdila jejich nanovelikost. Dále bylo zjištěno, že nejcitlivějšími bakteriemi při použití jílu jako nanomateriálu byly kmeny S. epidermis (MIC80 = 16–128 μg/ml). Pozitivní vliv enkapsulace konopného extraktu do jílu se projevila téměř u všech testovaných kmenů bakterií. V případě dermatofytů se hodnota MIC80 ve většině případech snížila o polovinu, u kmene Trichopyhton rubrum dokonce o osminásobek. MCM–41 u plísní prokázalo výrazně lepší výsledky než u bakterií. Nejcitlivějším kmenem plísní byl Epidermophyton floccosum, koncentrace MIC80 se po enkapsulaci konopného extraktu snížila o polovinu oproti použití pouhého nanomateriálu (64 μg/ml). Nejvyšší snížení koncentrace MIC80 jsme zaznamenali u kmenů Arthoderma insingulare a Nannizzia gypsea, kde použití samotného nanomateriálu neprokázalo žádnou antifungální aktivitu, po enkapsulaci konopného extraktu se prokázala antifungální aktivita (MIC80 = 512 μg/ml). Nanomateriály dále prokázaly relativně nízkou hodnotu cytotoxicity na lidských keratinocytech oproti samotným konopným extraktům. Enkapsulace konopného extraktu do nanomateriálu by mohla nabídnout vhodnou doplňkovou léčbu při léčbě některých kožních onemocnění způsobených patogenními mikroorganismy. Dále by mohlo dojít ke zlepšení topické aplikace a zvýšení biodostupnosti biologicky aktivních látek konopí.

Abstract:

In recent years, cannabis and its therapeutic use have increasingly come to the attention and discussion of many scientific works. Studies show that the active substances of cannabis (especially cannabinoids and terpenes) have great therapeutic potential for many diseases. The literature search summarized basic knowledge about cannabis and biologically active substances, as well as the use of encapsulation of plant biologically active substances in inorganic nanocarriers and their further use in the field of medicine. This work was focused on evaluating the antimicrobial activity of cannabis extract encapsulated in inorganic nanocarriers. Cannabis extract from the Chocolope cultivar was encapsulated in 2 nanocarriers, namely in nanoclay in a mass ratio (nanoclay:cannabis) of 1:1 and 2:1. In the case of MCM–41, the ratio was 1:1, and their characterization was subsequently performed. Antimicrobial activity was evaluated by the minimum inhibitory concentration (MIC) method indicating the value at which growth is inhibited by 80 % compared to the growth control. The degree of inhibition of bacterial growth was evaluated after 24 hours, for fungi after 5 days. Furthermore, the cytotoxic effect on human skin cells was tested Characterization of the prepared particles confirmed their nanosize. Furthermore, it was found that the most sensitive bacteria when using clay as a nanomaterial were strains of S. epidermis (MIC80 = 16–128 μg/ml). The positive effect of the encapsulation of cannabis extract in clay was manifested in almost all tested strains of bacteria. In the case of dermatophytes, the MIC80 value was reduced by half in most cases, in the case of Trichopyhton rubrum even by eight times. MCM–41 performed significantly better in fungi than in bacteria. The most sensitive fungal strain was Epidermophyton floccosum, the MIC80 concentration was reduced by half after encapsulation of the cannabis extract compared to the use of only nanomaterial (64 μg/ml). We recorded the highest MIC80 concentration reduction in Arthoderma insingulare and Nannizzia gypsea strains, where the use of the nanomaterial alone did not show any antifungal activity, after encapsulation of the cannabis extract, antifungal activity was demonstrated (MIC80 = 512 μg/ml). Furthermore, the nanomaterials showed a relatively low value of cytotoxicity on human keratinocytes compared to cannabis extracts alone. The encapsulation of cannabis extract into a nanomaterial could offer a suitable complementary treatment in the treatment of some skin diseases caused by pathogenic microorganisms. Furthermore, there could be an improvement in topical application and an increase in the bioavailability of the biologically active substances of cannabis.

Klíčová slova

konopí, extrakt, nanomateriál, antimikrobiální aktivita, kožní onemocnění

Keywords

cannabis, extract, nanomaterial, antimicrobial activity, skin diseases

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 21. 5. 2024
• Vedoucí: Ing. Anežka Kosmáková Janatová, Ph.D.
• Oponent: Boris Hučko, CSc.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program:
Kvalita potravin a zpracování zemědělských produktů