Geri Dön

Enzymatically synthesized poly(δ-valerolactone) and poly(δ-valerolactone) nanohybrid usage in controlled drug delivery systems

Enzimatik olarak sentezlenmiş polivalerolakton ve polivalerolakton nanohibritinin kontrollü ilaç salım sistemlerinde kullanımı

PDF İndir

  1. Tez No: 921374
  2. Yazar: ZEYNEP KEÇE
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 119

Özet

Günümüzde biyopolimerlere olan ilgi giderek artmaktadır, çünkü sentetik/yapay olarak oluşturulanların aksine, yenilenebilir kaynaklardan üretilmektedirler. Artan nüfus ve dünyanın tükenen kaynaklarına daha fazla dikkat etmemiz gereken bu zamanlarda, insanların petrol bazlı sentetik polimerler yerine biyopolimerleri kullanmaya yönelmesinin nedeni açıktır. Başka bir deyişle, gelişen teknoloji ile birlikte, geleneksel olan fosil kaynakların aksine, insanlar karbon ayak izlerini ortadan kaldırmaya özen göstermeye başladılar. Bu değerli yaklaşımı gerçekleştirmek için doğal kaynakları kullanmaya başladılar. Biyopolimerler, daha iyi biyolojik olarak parçalanabilirlik, yeniden üretilebilirlik, biyouyumluluk ve kimyasal parçalanabilirlik nedeniyle, toksik değildirler ve düşük ağırlığa sahiptirler. Bu nitelikleri, biyopolimerlerin yalnızca paketleme, tekstil, tıp, tarım endüstrilerinde değil, aynı zamanda giyilebilir cihazlarda, sensörlerde ve çoğunlukla ilaç dağıtım sistemlerinde kullanılmasına yol açmıştır. Biyouyumluluk, toksik olmama, termoplastisite, yarı kristal ve hidrofobik form, esneklik ve kontrollü ayrışma gibi birçok faydası nedeniyle poli(δ-valerolakton)(PVL) ilgi çekici bir seçenektir ve biyomedikal uygulamalarda sıklıkla kullanılır. PVL, antrasiklin tipi antibiyotiklerin ve farklı kanser türlerinden kaçınmak için reçete edilen kontrollü ilaçların (doksorubisin (DOX) gibi) üretiminde temel bir bileşendir. Nanohibrit sistemler, moleküler veya atomik ölçekte yakından birleştirilmiş veya harmanlanmış iki veya daha fazla farklı nano ölçekteki bileşenden oluşan kompozit maddelerdir. Bu elementler birleştirildiğinde, bileşen parçalarının ayrı ayrı özelliklerinden daha üstün olabilecek belirli niteliklere sahip yeni bir madde üretilebilir. Elde edilen nanohibritler sıklıkla çeşitli uygulamalarda verimliliği artıran, karşılıklı olarak faydalı etkiler gösterir. Çapları bir ila bin µm arasında değişen parçacık boyutlarına sahip olan mikroküreler, ilaç moleküllerinin adsorpsiyon veya dispersiyon yoluyla bir polimer matrisine dahil edildiği bir parçacık dispersiyon mekanizması biçimidir. Peptitler, proteinler, nükleik asitler ve küçük boyutlu ilaç molekülleri de dahil olmak üzere çok sayıda tıbbi bileşik mikrokürelere kapsüllenebilir ve ilgili terapötik özelliklere sahip olabilir. Mikroküreler son zamanlarda küçük parçacık boyutları, benzersiz yüzey özellikleri ve önemli yüzey-hacim oranları nedeniyle çok ilgi görmüştür. Kalkonlar, bitkilerde bulunan çeşitli yapıların polifenolik kimyasallarıdır. Kalkon bazlı bileşiklerin antibakteriyel, antiviral, antioksidan, anti-inflamatuar, antidiyabetik, antiülser, antikanser özellikler dahil olmak üzere çeşitli olası kullanımları vardır. 1,3-difenil-2-propen-1-on olarak da bilinen transkalkonun (TC) dikkate değer kimyasal yapısı ve ilgi çekici farmakolojik özellikleri, onu diğer kalkonların yanında bilimsel bir araştırmanın önemli bir odağı haline getirir. Bu çalışmada, enzimatik halka açma polimerizasyonunda kullanılmak üzere yüzey modifiye edilmiş pirinç kabuğu külü (RHA) üzerinde lipazı immobilize etmek için ilk bölümde fiziksel adsorpsiyon kullanılmıştır. Silika bazlı malzeme, 3-aminopropil trietoksisilan (3-APTES) kullanılarak yüzeyine amin grupları eklendiğinde yüzey modifikasyonuna uğramıştır. Daha sonra, Candida antarctica B lipazının serbest formunu immobilize etmek için fiziksel adsorpsiyon metodolojisi kullanıldı. Önceki çalışmalardaki monomer oranları referans alınarak, poli(δ-valerolakton) ve poli(δ-valerolakton) nanohibriti enzimatik halka açma polimerizasyonu ile üretildi. Reaksiyonlar, hem polimer hem de nanohibrit için en yüksek moleküler kütleyi elde etmek için 24 saat boyunca 80oC'de gerçekleştirildi. Bu elde edilen polimer ve nanohibrit, ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanılacak mikrokürelerin üretiminde kullanıldı. Aşağıdaki gibi, O/W emülsiyon metodolojisi, TC yüklü PVL mikroküreleri, TC yüklü PVL nanohibrit mikroküreleri, ilaç içermeyen PVL mikroküreleri ve ilaç içermeyen PVL nanohibrit mikroküreleri üretmek için kullanıldı. Daha sonra, üretilen bu mikrokürelerin ilaç salım mekanizması araştırıldı. Bu araştırma için, üç farklı PVA konsantrasyonu (%0.1, 0.5, 1 (w/v)) ile, en büyük kapsülleme verimliliğini ve dolayısıyla ilaç salım profilini belirlemek için farklı TC:PVL oranları (%10, 20, 40) ve TC:PVL nanohibrit oranları (%10, 20, 40) değerlendirildi. Termal, kimyasal ve mekanik özellikleri tanımlamak için, bu mikrokürelere TGA, DSC, SEM ve XRD uygulandı. En büyük kapsülleme verimlilikleri, A-2 numunesinde (%1 PVA ve %20 TC:PVL oranı) %98.6 ± 8.4 ve C-2 numunesinde (%1 PVA ve %20 TC:PVL nanohibrit oranı) %82.7 ± 6.4 olarak gözlendi. Bu araştırma, ilaç salım mekanizmalarının pH değişimlerinden büyük ölçüde etkilenmediğini de ortaya koymaktadır. DSC analizi, transkalkonun mikrokürelere eklenmesinin erime noktalarını düşürdüğünü, ancak eğriler üzerinde ekstra ilaç (transkalkon) pikinin olmadığını göstermektedir, bu nedenle transkalkonun başarılı bir şekilde kapsüllendiği ve moleküler olarak PVL ve PVL nanohibrit mikrokürelerinde dağıldığı sonucuna varılmıştır. TGA analizleri, ilaç içermeyen ve transkalkon yüklü PVL mikrokürelerinin termal bozunma davranışını PVL ile karşılaştırmak için kullanıldı. Ek olarak, ilaç içermeyen ve transkalkon yüklü PVL nanohibrit mikrokürelerinin PVL nanohibrit ile termal bozunma davranışını karşılaştırmak için TGA analizleri kullanıldı. Bozunmalar ve ağırlık kayıpları, bilimsel literatür ve yapılan analizlere göre değerlendirilmiş ve yorumlanmıştır. TC, PVL, TC yüklü PVL mikroküreleri, ilaç içermeyen PVL mikroküreleri, TC yüklü PVL nanohibrit mikroküreleri ve ilaç içermeyen PVL nanohibrit mikrokürelerinin varlığını gösteren kimyasal gruplar bir diğer karakterizasyon tekniği olan FT-IR kullanılarak gözlemlendi. FT-IR spektrumlarının benzer oluşu da, transkalkonun mikroküreler içinde başarılı bir şekilde kapsüllendiği ortaya koydu. XRD analizleri, TC yüklemesinin kristal yapılar üzerindeki etkisini ve mikrokürelerin kristalliğini araştırmak için diğer birkaç karakterizasyonun yanı sıra kullanıldı. SEM görüntüleri, mikroküre formülasyonların her birinin küresel şekle sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Çeşitli ortamlarda üretilen mikrokürelerin ilaç salım davranışını gözlemlemek için, bu araştırmada pH'a bağlı ilaç salım araştırmaları 5.6 ve 7.4 olan iki pH seviyesi kullanılarak yapılmıştır. TC'nin toplam kümülatif salımı, PVL mikroküre formülasyonları ile arttırılmış olup, pH 7.4 ortamında %42.1'e ve pH 5.6 ortamında %43.5'e ulaştı. Ayrıca, TC'nin toplam kümülatif salımı, PVL nanohibrid mikroküre formülasyonları ile arttırılmış olup, pH 7.4 ortamında% 39.4'e ve pH 5.6 ortamında %34.2'ye ulaştı. TC salımı, her durumda toplam 744 saat süreyle gerçekleştirildi. Son olarak, ilaç salım kinetiği incelendi. İlaç salım kinetiğinin Korsmeyer-Peppas'ın kinetik modeli ile uyumlu olduğu bulundu. Tüm mikroküre formülasyonları, hesaplanan n değerine göre Fickian difüzyonu ile kontrol edilen TC salımına sahipti. Sonuç olarak, bu çalışmanın amacı, transkalkon ilacını polimerik taşıyıcılara biyolojik olarak entegre ederek yeni kontrollü ilaç dağıtım sistemleri geliştirmektir. Mikroküreleri üretmek için, insan vücudu ile uyumlu olan ev yapımı hareketsizleştirilmiş enzimler içeren biyouyumlu, çevre dostu, yüksek moleküler ağırlıklı bir polimer ve nanohibrit üretilecektir. Transkalkon, çeşitli tedavilerde kullanımı için biyokatalizör ile üretilen polimer ve nanohibrite entegre edilecektir. Tüm karakterizasyon testlerinin tamamlanmasının ve ilaç salım profillerinin araştırılmasının ardından, bu araştırmanın bulgularının, PVL mikrokürelerinin veya PVL nanohibrit mikrokürelerinin, hastalıkların uzun süreli terapötik uygulamalarında potansiyel ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanılabileceğini ortaya konulmuştur.

Özet (Çeviri)

There is an increasing interest for the biopolymers these days, because oppose to synthetically/artificially formed ones, they are generated by renewable resources. It is clear that with the increasing population and the times when we need to pay more attention to the world's depleting resources, why the people are tending to use biopolymers instead of synthetic polymers, which are petroleum-based. In other words, with the developing technology, oppose to fossil resources, which are very traditional, people started to care to eliminate their carbon footprint. In order to make this valuable approach happen, they beginned to use natural resources. Due to their better biodegradability, reproducable, biocompatibility and chemical degradability, they indicate non-toxicity and they have low-weight. These qualities lead them to be used in not only packaging, textile, medical, agricultural industries, but also wearable devices, sensors and mostly in drug delivery systems. Due to their many benefits, including biocompatibility, nontoxicity, thermoplasticity, semi-crystalline and hydrophobic form, flexibility, along with controlled decomposition, PVL is an intriguing option and frequently utilized in biomedical implementations. PVL is a fundamental component in the production of anthracycline type of antibiotics and the controlled medications (like doxorubicin (DOX)), which are prescribed to avoid different types of cancer. Nanohybrid systems are composite substances constructed up of two or more different nanoscale constituents that are closely joined or blended at the molecular or atomic scale. When these elements are combined, a fresh substance with specific qualities that may be superior to those of the constituent parts individually can be produced. The resultant nanohybrids frequently show mutually beneficial impacts, which enhance efficiency across a range of applications. Having particle sizes varying from one to thousand µm in diameter, microspheres are a form of particle dispersion mechanism, where molecules of drug are incorporated in a polymer matrix by adsorption or dispersion. Numerous medical compounds, including peptides, proteins, nucleic acids and molecules of small size medicine could be encapsulated in microspheres and have the relevant therapeutic properties. The microspheres have garnered a lot of interest lately upon account of their tiny size of particles, unique surface features, and substantial surface-to-volume ratio. Chalcones are polyphenolic chemicals of various structures found in plants. There are several possible uses for chalcone-based compounds, including antibacterial, antiviral, antioxidant, anti-inflammatory, antidiabetic, antiulcer, anticancer properties. The remarkable chemical structure and intriguing pharmalogical properties of trans-chalcone (TC), also known as 1,3-diphenyl-2-propen-1-one, make it a prominent focus of scientific investigation alongside other chalcones. In this study, physical adsorption was employed in the first part to immobilize lipase on surface-modified rice husk ash (RHA) to be used in enzymatic ring opening polymerization. The silica based material underwent surface modification when amine groups were added to its surface by utilizing 3-aminopropyltriethoxysilane (3-APTES). Then, pysical adsorption methodology was used to immobilize the free form of Candida antarctica lipase B. By using the monomer ratios from prior study, poly(δ-valerolactone) and poly(δ-valerolactone) nanohybrid were generated by enzymatic ring opening polymerization. The reactions are conducted at 80oC for 24 hours to get the highest molecular mass for both polymer and nanohybrid. These resultant materials were ultimately found to be applied in the fabrication of microspheres. As following, the methodology of O/W emulsion was employed to fabricate TC-loaded PVL microspheres, TC-loaded PVL nanohybrid microspheres, drug-free PVL microspheres and drug free PVL nanohybrid microspheres. Afterwards, drug release mechanism of these fabricated microspheres were investigated. For this investigation, with three different PVA concentrations (0.1, 0.5, 1 (w/v)% ), there different TC:PVL ratio (10, 20, 40%) and TC:PVL nanohybrid ratio (10, 20, 40%) have been evaluated in order to ascertain greatest encapsulation efficiency, and thereby drug release profile. To define the thermal, chemical and mechanical properties, TGA, DSC, SEM and XRD were applied to these microspheres. The greatest encapsulation efficiencies were observed with specimen A-2 (1% PVA and 20% ratio of TC:PVL) as 98.6 ± 8.4 (%) and specimen C-2 (1% PVA and 20% ratio of TC:PVL nanohybrid) as 82.7 ± 6.4 (%). This research, also demonstrates that drug release mechanisms are not affected majorly by the pH-changes. The DSC analysis shows that addition of TC into microspheres has lowered the melting points but there were no any extra TC-peak on the curves, so it is concluded that TC is successfully encapsulated and molecularly dispersed into PVL and PVL nanohybrid microspheres. TGA analyses were used to compare the thermal degradation pattern of drug-free and TC-loaded PVL microspheres with PVL. Additionally, TGA analyses were used to compare the thermal degradation pattern of drug-free and TC-loaded PVL nanohybrid microspheres with PVL nanohybrid. Decompositions and weight losses have been evaluated and interpreted based on the scientific literature and the analyses that were conducted. The chemical groups that indicate the existence of TC, PVL, TC-loaded PVL microspheres, drug-free PVL microspheres, PVL nanohybrid, TC-loaded PVL nanohybrid microspheres, and drug-free PVL nanohybrid microspheres were all observed by using FT-IR as characterization technique. Since FT-IR spectras are alike, it shows that TC was determined to be encapsulated within the microspheres. XRD analyses were used besides to several other characterizations to investigate the impact of TC loading on the crystalline structures and the crystallinity of microspheres. The SEM images reveal that every single one of the microsphere formulations had spherical shape. To observe the drug release behaviour of the microspheres fabricated in various surroundings, pH-dependent drug release investigations were conducted in the present research by employing two pH levels that were 5.6 and 7.4. The total cumulative release of TC was enhanced by the PVL microsphere formulations, reaching 42.1% in pH 7.4 ambient and 43.5% in pH 5.6 ambient. Moreover, the total cumulative release of TC was enhanced by the PVL nanohybrid microsphere formulations, reaching 39.4% in pH 7.4 ambient and 34.2% in pH 5.6 ambient. The TC release was conducted for an overall duration of 744 hours in each case. Finally, the release kinetics were examined. The release was found to be compatible with the kinetic model of Korsmeyer-Peppas. All microsphere formulations had TC release that was controlled by Fickian diffusion, according to the calculated n value. In conclusion, the goal of this study is to develop new controlled drug delivery systems by integrating a transchalcone into biological in origin polymeric carriers. A biocompatible, environmentally friendly, high-molecular-weight polymer and nanohybrid containing home-made immobilized enzymes that are compatible for human body will be produced in order to fabricate microspheres. Transchalcone will be incorporated with the polymer and nanohybrid generated by biocatalyst for use in therapy. Following the completion of all characterization tests and investigation of drug release profiles, it can be clearly said that this research's findings suggest that PVL microspheres or PVL nanohybrid microspheres may find implementation in prolonged therapeutic applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    510821

    Enzimatik polimerizasyon yöntemi ile polivalerolakton sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of polyvalerolacton via enzymatic polymerization

    ZEYNEP GÖK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR

  2. Tez No

    884188

    Biomedical application of an enzymatically synthesized biopolyester

    Enzimatik olarak sentezlenmiş bir biyopoliesterin biyomedikal uygulaması

    ŞENOL BEYAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR

  3. Tez No

    802027

    Production of antibacterial biobased blends for biomedical use

    Biyomedikal alanlarda kullanılmak üzere antibakteriyel özellikli biyobazlı harmanların eldesi

    METE DERVİŞCEMALOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR

  4. Tez No

    637281

    Controlled release of tetracycline hydrochloride from copolymer/gelatin nanofibers

    Kopolimer/jelatin nanoliflerinden tetrasiklin hidroklorür antibiyotiğinin kontrollü salımı

    AYŞE METİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR

  5. Tez No

    450930

    Antibacterial amphiphilic polymers based on enzymatically synthesized polycaprolactone

    Enzimatik olarak sentezlenmiş polikaprolakton bazlı antibakteriyel amfifilik polimerler

    NAZİF UĞUR KAYA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR

Geri Dön