Characterization and investigation of biological effects of the bioactive compound loaded microalgae-based microcarrier systems produced by electrospraying technique
Elektrosprey tekniği ile üretilen biyoaktif bileşik yüklü mikroalg bazlı mikrotaşıyıcı sistemlerin karakterizasyonu ve biyolojik etkilerinin incelenmesi
- Tez No: 942401
- Danışmanlar: PROF. DR. ELİF DAMLA ARISAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 194
Özet
Çok fonksiyonlu biyomalzemelerin ilerlemesi, rejeneratif tıbbın ve doku mühendisliği tedavilerinin bir sonraki nesli için çok önemlidir. Bu tez, cilt onarımı için ölçeklenebilir, biyouyumlu mikrotaşıyıcı sistemler oluşturma amacıyla, mikroalg kaynaklı Spirulina özütü, niasinamid ve palmitoyl tripeptit-1'i kapsülleyen poli(laktik asit) (PLA) bazlı mikropartiküllerin tasarımını, üretimini ve kapsamlı değerlendirmesini sunmaktadır. PLA, ayarlanabilir bozunabilirliği ve yapısal çok yönlülüğü nedeniyle seçilen, biyobozunur ve FDA onaylı bir polimerdir; Spirulina ise zengin antioksidanlar, anti-inflamatuar polisakkaritler ve temel besin maddeleri repertuarı nedeniyle seçilmiştir. Antioksidan, anti-inflamatuar ve ekstrasellüler matriks (ECM) yeniden şekillendirme etkilerini artırmak için niasinamid ve palmitoyl tripeptit-1 eklenmiştir. Mikropartiküller, parçacık boyutu, morfolojisi ve kapsülleme verimliliği üzerinde hassas kontrol sağlayan elektrosprey tekniği kullanılarak üretilmiştir. Proses parametrelerinin optimizasyonu, yüksek biyoaktif yükleme ve minimum aglomerasyon ile monodisper, küresel parçacıklar elde edilmesini sağlamıştır. SEM, FT-IR ve salım profillemesi yoluyla yapılan fizikokimyasal karakterizasyon, biyoaktif bütünlüğünün korunduğunu doğrulamış ve enkapsüle edilen bileşiklerin sürekli, kontrollü salımını göstermiştir; bu da hızlı Spirulina bozunması zorluğunu ve uzamış niasinamid biyoyararlanımı ihtiyacını karşılamaktadır. İn vitro çalışmalar, insan göbek kordonu endotelyal hücreleri (HUVEC) ve keratinositler (HaCaT) kullanılarak hem boş hem de biyoaktif yüklü PLA/Spirulina mikropartiküllerinin sitotoksik olmadığını ve hücre adezyonu, proliferasyonu ve migrasyonunu desteklediğini ortaya koymuştur. Özellikle, çift yüklü formülasyonlar, tek ajanlı veya serbest bileşik kontrollerine kıyasla, oksidatif stresi azaltmada, mitokondriyal fonksiyonu korumada ve yara kapanmasını hızlandırmada üstün etkinlik göstermiştir. Bu etkiler, Spirulinanın antioksidanlarının ekleyici etkisine ve niasinamid ile palmitoyl tripeptit-1'in bariyer onarıcı ve ECM uyarıcı özelliklerine atfedilmiştir. Güncel rejeneratif tıp stratejileri, terapötik uygulamalar için gelişmiş taşıyıcı sistemler geliştirmek amacıyla sentetik polimerler ve doğal ekstreler kullanmaktadır. PLA bazlı taşıyıcılar biyouyumlulukları ile bilinir; ancak mikroalg kaynaklı antioksidanların, eklenen peptitler ve vitaminlerle birlikte tek, ayarlanabilir bir platformda entegrasyonu büyük ölçüde keşfedilmemiştir. Bu tez, Spirulina ekstresi, niasinamid ve palmitoyl tripeptit-1'in elektrosprey ile elde edilen PLA mikropartiküller içinde birlikte enkapsülasyonunu rapor eden ilk çalışmadır ve cilt onarımı için çok fonksiyonlu bir mikrotaşıyıcı sistem oluşturur. Bu yaklaşım, doğal ve sentetik biyoaktifleri benzersiz şekilde birleştirerek, bunların ekleyici etkilerinden faydalanırken parçacık özellikleri ve sürekli, kontrollü salım üzerinde hassas kontrol sağlar. Cilt hücresi sinyal yolaklarının modülasyonuna dair mekanistik içgörüler, bu tezi daha da ayırt ederek rejeneratif uygulamalar için sağlam ve çok yönlü bir platform oluşturur.
Özet (Çeviri)
The advancement of multifunctional biomaterials is pivotal for the next generation of regenerative medicine and tissue engineering therapies. This thesis presents the design, fabrication, and comprehensive evaluation of poly(lactic acid) (PLA)-based microparticles encapsulating microalgae-derived Spirulina extract, niacinamide, and palmitoyl tripeptide-1, with the aim of creating scalable, biocompatible microcarrier systems for skin repair. PLA, a biodegradable and FDA-approved polymer, was selected for its tunable degradation and structural versatility, while Spirulina was chosen for its rich repertoire of antioxidants, anti-inflammatory polysaccharides, and essential nutrients. Niacinamide and palmitoyl tripeptide-1 were incorporated to enhance antioxidant, anti-inflammatory, and extracellular matrix (ECM) remodelling effects. Microparticles were fabricated using the electrospraying technique, enabling precise control over particle size, morphology, and encapsulation efficiency. Optimization of process parameters yielded monodisperse, spherical particles with high bioactive loading and minimal agglomeration. Physicochemical characterization via SEM, FT-IR, and release profiling confirmed the preservation of bioactive integrity and demonstrated sustained, controlled release of encapsulated compounds, addressing the challenge of rapid Spirulina degradation and the need for prolonged niacinamide bioavailability. In vitro studies using human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and keratinocytes (HaCaTs) revealed that both blank and bioactive-loaded PLA/Spirulina microparticles were non-cytotoxic and promoted cell adhesion, proliferation, and migration. Notably, dual-loaded formulations exhibited superior efficacy in mitigating oxidative stress, preserving mitochondrial function, and accelerating wound closure in scratch assays, compared to single-agent or free-compound controls. These effects were attributed to the additive action of Spirulina's antioxidants and the barrier-repair and ECM-stimulating properties of niacinamide and palmitoyl tripeptide-1. Current strategies in regenerative medicine utilize synthetic polymers and natural extracts to develop advanced delivery systems for therapeutic applications. PLA-based carriers are established for their biocompatibility, but the integration of microalgae-derived antioxidants with added peptides and vitamins in a single, tunable platform remains largely unexplored. This thesis is the first to report the co-encapsulation of Spirulina extract, niacinamide, and palmitoyl tripeptide-1 within electrosprayed PLA microparticles, forming a multifunctional microcarrier system for skin repair. The approach uniquely combines natural and synthetic bioactives, harnessing their additive effects while achieving precise control over particle characteristics and sustained, controlled release. Mechanistic insights into the modulation of skin cell signaling pathways further distinguish this thesis, establishing a robust and versatile platform for regenerative applications.
Benzer Tezler
- Biyoaktif bileşik yüklü mof temelli UiO-66 nanoparçacıkların sentezi, karakterizasyonu ve çeşitli kanser hücre hatlarında anti-kanser aktivitesinin incelenmesi
Bioactive compound loaded mof-based UiO-66 nanoparticles synthesis, characterization and investigation of their anti-cancer activity in various cancer cell lines
YÜCEL TAHA UŞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASEMİN KILINÇ
- Picoa juniperi, picoa lefebvrei türlerinin sekonder metabolitlerinin saflaştırılması, karakterizasyonu ve biyolojik aktivitelerinin incelenmesi
Purification and characterization of secondary metabolites of picoa juniperi, picoa lefebvrei and investigation of their biological activities
ÇİĞDEM KUŞ
- Yeni N-heterosiklik bileşik türevi Schiff bazları ile Ag(I) komplekslerinin sentezi, karakterizasyonu ve akciğer hücreleri üzerindeki aktiviteleri
New N-heterocyclic compound derivative Schiff bases and their Ag(I) complexes: Synthesis, characterization and activities on lung cells
PERİHAN KIZILKAYA SALTIK
- Dekstran ile modifiye edilmiş dendrimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve eugenol yüklenmesi ile biyolojik aktivitesinin araştırılması
The synthesis, characterization and eugenol loaded of dextran modified dendrimers and investigation of biological activities
CELİLE DEMİRBİLEK
- Propolis yüklü polimerik nanopartiküllerin hazırlanması ve karakterizasyonu, immünomodülatör etkilerinin makrofaj hücrelerinde incelenmesi
Preparation and characterization of propolis-loaded polymeric nanoparticles, investigation of their immunomodulatory effects on macrophage cells
TOGHRUL SADIKHOV
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Biyomühendislikİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ŞEKÜRE NAZLI ARDA
PROF. DR. ADIL ALLAHVERDIYEV