Viscoelastic effects on structure and dynamics of liposomes in polymeric matrices
Polimerik matrislerde lipozomların yapısı ve dinamikleri üzerindeki viskoelastik etkiler
- Tez No: 794802
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ŞENSES, PROF. DR. SEDA KIZILEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Son yıllarda, ilaç endüstrisinde ve nanoteknolojide, klinik araştırmaların gelişmesine ve modern ilaç dağıtım yöntemlerinin keşfedilmesine yol açan önemli gelişmeler görüldü. Yaygın olarak kullanılan nanoparçacıklardan biri olan lipozomlar, yüksek biyouyumluluk, biyobozunurluk, düşük toksisite ve biyolojik zarlara benzerlik özellikleri ile eczacılık, doku mühendisliği, hücre zarı modellemesi, kozmetik ve tarımda kullanılmaktadır. Lipozomların birçok avantajları olmasına rağmen termodinamik olarak kararsız yapıları, kan dolaşımında hızlı eliminasyon ve hedefli ve dozaj kontrollü dağıtım isteği gibi dezavantajları vardır. Bu sorunların üstesinden gelmek için, lipozomların polimer solüsyonları ve hidrojellerle kombinasyonu kullanılmıştır. Polimerler lipozomlara mekanik destek, uyaranlara duyarlı salınım ve kimyasallara, enzimlere ve bağışıklık sistemlerine karşı artan stabilite sağlar. Ayrıca, polimerik iskeleler, hücre dışı mikro ortamın topolojisini ve mekanik özelliklerini taklit edecek şekilde tasarlanabilir. Uygulama açısından lipozom-polimer komplekslerine büyük ilgi olmasına rağmen, polimerlerin viskoelastikliğinin lipozom yapısı, hücre zarı geçirgenliği ve hareketliliği üzerindeki etkilerinin ayrıntılı olarak anlaşılması gerekir. Bu tez, lipozomlar ve Polietilen glikol (PEG) karışımları üzerine iki çalışma içermektedir. İlk çalışmada, hücrelerin viskoz ortamını simüle etmek için 100 nm tek lamelli DMPC/DMPG lipozomları ve 1.5 kDa ile 400 kDa arasında çeşitli moleküler ağırlıklara sahip polietilen glikol (PEG) solüsyonları kullanıldı. PEG varlığında lipozomların yapısal faz haritası ve çok ölçekli dinamikleri araştırıldı. Polimer zincirleri ve fosfolipid çift katmanları arasında çeşitli uzunluk/zaman ölçeklerinde dinamik bir bağlantı vardır. Tüm zincirin gevşemesi, lipit çift tabakalarının mikro viskozitesini doğrudan etkiler ve bu da, polimer içermeyen lipozom durumuyla karşılaştırıldığında çift tabakalar içindeki lipitlerin daha hızlı dinamik hareketlerine neden olur. Lipitlerin jelden sıvıya geçiş sıcaklığında, lipozomların konsantrasyonu ve polimer zincirinin uzunluğu ile ayarlanabilen, polimer-lipozom çözeltilerinin termal kalınlaşma davranışı gözlemlendi. İkinci çalışmada tek lamelli 100 nm DMPC/DMPG lipozomları ve 1 Pa'dan 180 Pa'ya kadar farklı elastikiyetlere sahip PEG hidrojelleri kullanıldı ve kompozit bir hidrojel oluşturuldu. Zamana bağlı ve kayma deformasyonu altında ECM-mimetik jel matrislerinden lipozom salınımını incelendi. Lipozomların varlığı, membran mikro viskozitesine duyarlı, sıcaklık kontrollü şişme kapasitesine sahip kompozit hidrojeller sağlamıştır. Kayma deformasyonunu doğrusaldan doğrusal olmayan rejimlere sistematik olarak değiştirerek, farklı sertlikteki hidrojellerden lipozomların salınması üzerindeki etkisi incelendi.
Özet (Çeviri)
Recent decades have seen significant advancements in the pharmaceutical industry and nanotechnology, which have led to the development of clinical research and the discovery of modern drug delivery methods. As one of the widely used nanoparticles, liposomes are employed in pharmaceutics, tissue engineering, cell membrane modelling, cosmetics, and agriculture with their high biocompatibility, biodegradability, low toxicity, and resemblance to biological membranes. Although liposomes offer serious advantages, they have drawbacks such as their thermodynamically unstable structure, quick elimination in the bloodstream, and a desire to targeted and dosage-controlled delivery. To overcome these issues, the combination of liposomes with polymer solutions, and hydrogels have been utilized since polymers provide mechanical support, stimuli-responsive release, and increased stability towards chemicals, enzymes, and immune systems. Besides, polymeric scaffolds can be designed to mimic the topology and mechanical characteristics of the native extracellular microenvironment. Although there is a great deal of interest in liposome-polymer complexes from the application point of view, the effects of viscoelasticity of polymers on liposome structure, permeability, and mobility need detailed understanding. This thesis contains two different studies on liposomes and Polyethylene glycol (PEG) mixtures. In the first one, we used 100 nm unilamellar DMPC/DMPG liposomes, and aqueous solutions of poly (ethylene glycol) (PEG) with various molecular weights from 1.5 kDa to 400 kDa to simulate the viscous media of cells. The structural phase map and multiscale dynamics of liposomes in their neat form and in the presence of PEG solutions were investigated. The findings point to a dynamical coupling at various length/time scales between polymer chains and phospholipid bilayers. The relaxation of the entire chain directly affects the microviscosity of the lipid bilayers, which causes faster dynamics of the lipids within the bilayers when compared to the polymer-free liposome case. We observed a thermal-thickening behaviour of polymer-liposome solutions at the transition temperature of the lipids from gel to fluid, which is tuneable by the concentration of liposomes and the length of the polymer chain. In the second study, we used unilamellar 100 nm DMPC/DMPG liposomes and PEG hydrogels having different elasticities, from 1 Pa to 180 Pa, and created a composite hydrogel. We studied the release of liposomes from the ECM-mimetic gel matrices under quiescent and shear deformation. The presence of liposomes provides composite hydrogels with temperature-controlled swelling capacity that is sensitive to membrane microviscosity. By systematically varying shear deformation from linear to nonlinear regimes, we studied the effect of shear deformation on the release of liposomes from the hydrogels of different stiffness.
Benzer Tezler
- Interaction of Poly(vinyl alcohol) and chitosan coated iron oxide nanoparticles with cell membrane models
Poli(vinil alkol) ve kitosan kaplı demir oksit nano parçacıklarının hücre zarı modelleri ile etkileşimleri
ARİFE KUŞBAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
DOÇ. DR. SEVİM İŞÇİ TURUTOĞLU
- Design optimization and experimental validation of the additively manufactured passive vibration isolator of an inertial measurement unit in aerospace applications
Havacılık uygulamalarında bir ataletsel ölçüm biriminin eklemeli imalat ile üretilen pasif titreşim izolatörünün tasarım optimizasyonu ve deneysel doğrulaması
COŞKU VARDALLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
DR. CEYHUN TOLA
- Self-healing nanocomposite dna hydrogels with high mechanical strength
Yüksek mekanik dayanıma sahip kendini onarabilen nanokompozit dna hidrojelleri
AHMET TALHA ÜZÜMCÜ
Doktora
İngilizce
2018
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN GÜNEY
PROF. DR. OĞUZ OKAY
- Effects of surfactant and viscoelasticity on turbulent bubbly flows
Kabarcıklı Türbülanslı Akışlarda Yüzey Aktif Maddesi ve Viskoelastisitenin Etkileri
ZAHEER AHMED
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN MURADOĞLU
- Nano ölçekli yapılarda burulma davranışının yerel olmayan elastisite teorisi kullanılarak statik ve dinamik analizi
Torsional static and dynamic analysis of nano scale structures using nonlocal elasticity theory
MUSTAFA ARDA
Doktora
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiTrakya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN AYDOĞDU