Geri Dön

Production of functional nanofibrous gelatin wound dressings and a study on drug repositioning

Fonksiyonel nanolif jelatin yara örtülerinin üretimi ve ilaç yeniden konumlandırılması üzerine bir çalışma

  1. Tez No: 884688
  2. Yazar: HİLAL ÖZYURT
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Bioengineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 97

Özet

Hayati bir organ olan deri üç bölümden oluşur: Epidermis, Dermis ve Hipodermis. Cilt, en büyük organdır ve vücudun tüm dış yüzeyini kaplayarak organları ve dokuları koruyan bir bariyer görevi görür. Bu tez cilt yaralarının yara pansumanı ile iyileşmesini kapsamaktadır. Yara, canlı dokunun anatomik ve fonksiyonel bütünlüğünün bozulmasıdır. Ardışık ve eş zamanlı olarak meydana gelen hücresel ve biyokimyasal olaylar sonucu yeni doku oluşumuna yara iyileşmesi denir. Yara iyileşme süreci 4 aşamada gerçekleşir: Hemostaz, Enflamasyon, Proliferasyon ve Yeniden Şekillenme. Yara iyileşmesi, yara oluştuğu anda başlar ve dokudaki boşluğun onarılmasından çeşitli sitokinler, hücreler ve büyüme faktörleri sorumludur. Yara oluştuğu an yara iyileşmesi başlar ve ilk aşamada oluşan pıhtı fiziksel bariyer görevi görür. Hemostaz aşamasında hücreler yara bölgesine göç eder ve nötrofiller ile bakterileri yok eder. Makrofajlar matris sentezinde, anjiyogenezde ve fagositik faaliyetlerde rol oynadığından bu aşamadaki en önemli hücrelerdendir. 3. Aşamaya geçildiğinde granülasyon dokusunun gelişimi ve yeni damar oluşumunda görevli fibroblast ve keratinositler VEGF üretimine katkıda bulunurlar ve yara iyileşmesini düzenlerler. Yaraların iyileşememesi genelde 2.aşamadan 3.aşamaya geçilememesinden kaynaklanır bu sebeple hücrelerin yara bölgesine göç etmesi, büyüme faktörleri ve fibroblastlar arasındaki etkileşim, proteaz aktivitesinin normal düzeyde kalması gibi faktörler yaranın hızlı iyileşmesi için çok önemlidir. Yeniden şekillendirme aşamasında fibronektin fibroblastların ECM'ye yapışmasında; MMP ise kolajenlerin parçalanmasında büyük roller üstlenir. Yeni kolajenlerin hizalanması ve birikmesi ile oluşan yapının mekanik gücü daha yüksektir. Tüm bu iyileşme aşamalarını hızlandırıcı olabilecek yara örtüleri ECM'yi taklit edebilir, eksudayı emebilir, hücre göçünü hızlandırabilir ve daha birçok fonksiyonu içinde barındırabilir biyomalzemelerdir. Biyomalzemeler, onarım, iyileşme, hasar gören dokuyu taklit etme gibi amaçlarla kullanılan doğal ya da sentetik malzemelerdir ve vücuttaki akışkanlarla temas halindedir. Yara örtüleri farklı morfolojilerde yara iyileşmesine katkıda bulunabilen, ECM'yi taklit edebilen, gün geçtikçe fonksiyonel hale gelen ve gelişen biyomateryallerdir. Doğal ve sentetik polimerlerin fiziksel ve biyokimyasal özellikleri yara iyileşmesinde etkilidir. Fonksiyonelleştirilmiş polimerik nanoliflerin yara pansumanlarında kullanımı yaygındır. Biyoaktif maddeler içeren ve yara bölgesine salınan nanolif yara örtüleri doğal veya sentetik polimerlerden elde edilebilmektedir. Bu tezde biyopolimer olan HA ve jelatin kullanılmıştır. Nanolif üretim yöntemi olarak seçilen solution blowing sistemi, elektrospinning yöntemine göre daha hızlı üretime olanak sağlar ve elektrik alanı yerine basınçlı hava kullanılır. Bu sistemde, şırıngayla beslenen çözeltiden çözücü buharlaştırılarak uzaklaştırılır ve nanolifler vakumla toplayıcıda toplanır. Nanolif ana polimeri gelatin, Hyaluronik asit ve ATQ ilaç etken maddesi bu tezin çözeltilerinin ana maddeleridir. Hyaluronik asit (HA), alternatif β-1,4 ve β-1,3 glikozidik bağlarla bağlanan tekrarlayan glukuronik asit ve N-asetilglukozamin birimlerinden oluşan doğal bir anyonik polisakkarittir. HA, matrislerde bulunan bağ, epitelyal ve sinir dokularında bulunur. Bu tezde HA tavuk ibiklerinden ekstrakte edildi. HA, yara iyileşmesinin 4 aşamasının tamamında aktif rol oynar. Hemostaz fazında: yara içindeki trombositlerden yüksek MW'ye sahip HA üretilir. (HMW-HA, 4 ×102 - 2 × 104 kDa). HMW-HA'lar fibrinojene bağlanır ve pıhtı oluşumuyla sonuçlanır. HMW-HA'lar çok hidrofilik olduğundan, yaranın etrafında şişmek için sıvılarla doyurulur. Enflamasyon fazında, HMW-HA'lar, enflamasyonlu bölgelerde düşük MW'li (LMW-HA'lar, 120 kDa'dan az) HA'lara katabolize edilir. HMW-HA'lar immün baskılayıcı ve antianjiyojenik özellikler gösterirken, LMW-HA'lar genellikle immün sistemi uyarıcı ve pro-anjiyojenik olarak kabul edilir. Proliferasyon fazında, O-HA'lar enflamasyonu hafifletir, yeniden epitelizasyonu arttırır, anjiyojenezi teşvik eder ve granülasyon dokusu oluşumunu iyileştirir. TGF-β, EGF, bFGF ve VEGF üretimine aracılık etmek için CD44 ve RAHMM'yi bağlarlar, bu da keratinositlerin toplanması, olgunlaşması ve aktivasyonu ile sonuçlanır. İyileşme sürecinin son aşamasında, O- HA'lar CD44 ve RAHMM ile etkileşerek MMP ve TGF-β üretir. Jelatin, kolajen hidrolizinin yan ürünüdür ve hücre çoğalmasını destekleyen suda çözünür, toksik olmayan, biyouyumlu bir biyopolimerdir. Hayvanların kıkırdak, deri ve kemiklerinde bulunan jelatin genel olarak %46 oranla domuz derisinden elde edilirken, bunu %29,4 ile sığır derisinden elde ediliyor. Bu tezde 290 bloom tip b sığır derisinden jelatin ana polimer kullanılmıştır. Bu tezin ön çalışması olarak yapılan 4 farklı jelatin morfolojisinde yara örtüsü üretilmiştir: jel, film, nanolif, köpük. Jel ve film jelatin yara örtülerinin sıcaklık gibi çevresel etmenlere karşı stabil kalamadığı gözlemlenmiştir. Nanolif yapısının köpük yapısına göre yarayla daha iyi uyum sağladığı ve ECM'yi daha iyi taklit ettiği görülmüştür. Yapılan in vivo deneyler de jelatin nanolif yara örtülerinin daha üstün özelliklere sahip olduğunu ortaya koymuştur. Biyomedikal endüstrisi jelatin nanofiberleri kullandığından, bunların üretimi sırasında toksik olmayan solventlerin seçilmesi veya kullanılması avantajlıdır çünkü buharlaşan solventin nanofiber üzerinde bir kalıntı bırakma ihtimali var. Bu tezde gelatin çözeltisinin %80'i sudur ve çözelti üfleme sisteminde suyun buharlaşabilmesi için nozula gelen hava ısıtılmıştır. Bu tezde ATQ ilaç tekrar konumlandırma yöntemi ile kullanılmıştır. İlaç tekrar konumlandırma, güvenliği kanıtlanmış mevcut bir ilacın, daha önce denenmemiş bir tedavi için kullanılması tekniğidir. İlaç yeniden konumlandırma teknolojisinin projelerin daha erken aşamalarda kabul edilmesi gibi avantajları vardır. Malarone veya Mepron olarak da bilinen ATQ, anti-parazit ve FDA onaylı bir antimalaryal ilaçtır. PPI analizleri yapılarak, ATQ ilaç etken maddesinin yara iyileşmesi üzerindeki etkinliğini incelemek için bu tezde bir ön çalışma yapılmıştır ve ATQ ilaç etken maddesi, nanolif çözeltisine eklenmiştir. İlaç-tekrar programlama potansiyeli için ATQ seçiminde Cytoscape (ver.3.9.1) ve Pathway Studio çevrimiçi programları kullanılmıştır. Yine bu programlar kullanılarak protein-protein etkileşimleri (ppi)'nin incelenmesi sonrasında yara iyileşmesinde ATQ'nin etkili olabileceği üzerinde durulmuştur. Literatürde ATQ & HA & jelatin kombinasyonu olmadığından bu çalışmanın literatüre önemli katkı sağlayacağını öngörülmüştür. ATQ'nun, fibroblast hücrelerinde glikoz metabolizması ve doku gelişiminde yer alan proteinler ile ilişkisi biyoinformatik veri tabanı kullanılarak ortaya konulmuştur. Elde edilen HA'yı test etmek için H-NMR, UV-Vis, FTIR testleri yapıldı. Testlerin olumlu sonuç vermesi üzerine ekstrakte edilen HA'nın yara pansumanına ilave edilebileceğine karar verildi. Çözelti üfleme makinesinde proses parametreleri optimize edilmeden önce, malzeme parametrelerini optimize etmek için ilk aşamada sadece jelatin polimerinin nanolif çalışmalarına başlandı. Jelatin nanolifleri optimize edildikten sonra bir sonraki adım olarak HA-GEL malzeme ve proses optimizasyonu ve ardından ATQ-HA-Jelatin nanofiber malzeme ve proses optimizasyonu yapıldı. Optimizasyon çalışmaları sürekli olarak SEM görüntülerinin yorumlanmasıyla sürdürüldü. İlk optimizasyonlarda, ağırlıkça %30 jelatin solventleri hacimce oranları 80:20 distile su: asetik asit olacak şekilde, 4 ml/h besleme hızında ve 2 bar hava basıncında, nozula gelen havaya da 100°C sıcaklık uygulanmasıyla optimum nanolifler elde edildi. Sonraki optimizasyonlarda Hyaluronik asit viskozitesinin yüksekliğinden dolayı gelatin oranı %20 ye indirilmiştir ve çözeltiye 0.5 gram HA eklenmiştir. Bu işlemlerde çözeltide önce HA, suda çözdürülür ardından gelatin ve asetik asit eklenir çünkü HA, asetik asit içinde aglomere olmaya meyilli olan suda çözünen bir biyopolimerdir. MTT'ye göre jelatin yara örtüsü numune grupları ile kontrol grubu arasında farkın anlamlı olmaması ve hücre canlılığının yüksek (%82-92 aralığı) olması, nanoliflerin toksik olmadığı ve hücrelerin büyümesini desteklediği anlamına gelmektedir. Son olarak ATQ ilaç etken maddesi çözeltiye eklenmeden önce derişimi düşürülmek için suda ve DMSO'da ayrı ayrı çözdürüldü. DMSOda derişimi düşürülen ATQ ilaç etken maddesi daha iyi sonuç gösterdi. Nanolifler in vitro olarak test edildi. Scratch assay'e (yara iyileşme testi) göre, ilaç tekrar konumlandırma ile yara iyileşmesi için seçilen ilaç etken maddesi ATQ içeren nanolif yara örtüleri, yara iyileşmesinde ATQ içermeyen nanoliflere göre 2,75 kat daha etkili olmuştur.

Özet (Çeviri)

Skin, a vital organ, consists of three parts: Epidermis, Dermis and Hypodermis. It is the largest organ and covers the entire outer surface of the body, serving as a barrier that protects organs and tissues. This thesis covers the healing of skin wounds with a novel wound dressing. The wound healing process occurs in 4 stages: Hemostasis, inflammatory, proliferation and remodeling. Wound dressings are biomaterials that can contribute to wound healing in different morphologies, mimic extracellular matrix, and become functional and developing day by day. The use of functionalized polymeric nanofibers in wound dressings is widespread. Nanofiber wound dressings, which contain bioactive substances and release those substances into the wound area, can be obtained from natural or synthetic polymers. There are various systems to produce nanofibers: electrospinning, centrifugal spinning, and solution blowing are among the most commonly used methods.In this thesis functional nanofiber wound dressings were produced from a mixture of gelatin, hyaluronic acid, and Atovaquone (ATQ). Gelatin, the by-product of collagen hydrolysis, is a water-soluble, non-toxic, biocompatible biopolymer that promotes cell proliferation. Gelatin, which is found in the cartilage, skin and bones of animals, is generally obtained from pig skin with a rate of 46%, followed by bovine with 29.4%. Hyaluronic acid (HA) is a natural anionic polysaccharide composed of repeating units of glucuronic acid and N-acetylglucosamine. The optimum nanofibers were obtained by applying a temperature of 100°C to the air coming to the nozzle to evaporate the water, since the solvent of the gelatin nanofibers produced in this thesis is v/v%80 water. ATQ was used for a drug repositioning intention to investigate its effects on wound healing. Drug repositioning technology has advantages such as acceptance of projects at earlier stages. ATQ also known as Malarone or Mepron, is an anti-parasitic and FDA-approved antimalarial drug. Optimization studies were performed according to obtained SEM images. In the first of productions, optimum nanofibers were obtained by applying a temperature of 100 °C to the air fed to the nozzle, at a feeding rate of 4 ml/h and 2 bar air pressure, with a volume ratio of 30% gelatin solvents by weight to v/v%80:20 distilled water: acetic acid. In subsequent optimizations, the gelatin ratio was reduced to 20% due to the high viscosity of HA and 0.5 grams of HA was added to the solution. In these processes, HA is first dissolved in water and then gelatin and acetic acid are added because HA is a water-soluble biopolymer that tends to agglomerate in acetic acid. Nanofibers were tested in vitro. According to MTT, the fact that there were no significant differences between the other groups and the control group and the cell viability is high (range 82-92%) means that the nanofibers are not toxic and support the growth of cells. According to the scratch assay (wound healing test), nanofiber wound dressings contained ATQ, the selected pharmaceutical active ingredient for wound healing with drug repositioning, were 2.75 times more effective in wound healing than nanofibers without ATQ.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    886482

    Production of carbon dots by hydrothermal method and applications in nanofibers

    Hidrotermal yöntemle karbon noktaların üretimi ve nanoliflerde uygulamaları

    WALAA AHMED OMER IBRAHIM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    BiyomühendislikKarabük Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YASİN AKGÜL

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURCAN DOĞAN

  2. Tez No

    677353

    Sarı kantaron yağı ve A vitamini katkılı polimer nanolif yara örtüsü malzemelerinin üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of wound dressing materials containing hypericum perforatum oil and vitamin A

    FUNDA NUR KAŞIKÇI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN

  3. Tez No

    539901

    Production of high temperature core-sheath nanofiber proton exchange membranes via electrospinning method

    Elektrodokuma yöntemi ile yüksek sıcaklık çekirdek-kılıf nanolif proton değişim membranlarının üretilmesi

    SASSAN JAHANGIRI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ELİF ÖZDEN YENİGÜN

  4. Tez No

    754201

    Polimer temelli yara örtü malzemesi üretimi ve biyolojik aktivitesinin değerlendirilmesi

    Production of polymer-based wound dressing material and evaluation of the biological activity

    CANSU GÜLCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    BiyomühendislikYıldız Teknik Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERAP DERMAN

  5. Tez No

    675456

    Electrospun composite nanofibers with metal/metal oxidenanoparticles

    Metal/metal oksit nanopartikül içerikli elektroeğrilmiş nanolif üretimi

    HAVVA BAŞKAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALE KARAKAŞ

Geri Dön