Antibiyotik yüklü metal organik kafes yapıların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of antibiotic loaded metal organic frameworks
Yazar: TOYGUN ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. AYŞE KARAKEÇİLİ ; DOÇ. DR. BERNA TOPUZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Fosfomisin = Fosfomycin ; Kafes yapılar = Truss structures ; İlaç yükleme = Drug loading

Özet:
Metal-organik kafes yapı (MOF) temelli biyomolekül taşıyıcı sistemler; yüksek yüzey alanları ve gözeneklilikleri, ayarlanabilir yapısal özellikleri ve yüksek kimyasal/termal kararlılıkları nedeniyle alternatiflerine göre avantajlıdırlar. En kararlı Zr(IV) bazlı MOF'lardan biri olan UiO-66, teorik olarak 0,6 nm'lik bir gözenek açıklığına ve 0,77 cm3/g gözenek hacmine sahiptir. Ayrıca farklı çözücü ortamlarında kararlılığı değişmekle beraber, tez çalışması kapsamında yapılan çalışmalarda pH 5,5 değerinde yapısal bütünlüğü bozulurken, trifluroetanol (TFE) ve diklorometan (DCM) ortamlarında kararlılığını koruduğu kanıtlanmıştır. Bu özellikleriyle UiO-66, biyomedikal uygulamalarda ilaç ve biyomoleküllerin depolanması, taşınması ve salımı için alternatif olabilecek bir MOF yapısıdır. Fosfomisin antibiyotiği ağır seyreden enfeksiyonların tedavisi amacıyla yeniden ortaya çıkmış bir fosfonik asit türevidir. Tez çalışması kapsamında UiO-66 nanokristallerine Fosfomisin yüklenmesi ve taşınımı için etkinliği araştırılmıştır. Fosfomisini UiO-66'ya yüklemek için sentez esnasında (in situ) enkapsülasyon ve sentez sonrası adsoprsiyon yöntemleri uygulanmıştır. Sentez esnasında gerçekleştirilen in situ enkapsülasyon çalışmalarında, sentez süresi, sentez ortamına eklenen Fosfomisin miktarı ve sıcaklık faktörlerinin yükleme verimi ve UiO-66 nanokristallerinin yapısal özellikleri üzerine olan etkileri incelenmiştir. UiO-66 nanokristalleri için Fosfomisin enkapsülleme ve adsorpsiyon verimleri sırasıyla ⁓%90 ve ⁓%70 olarak hesaplanmıştır. Tez çalışması kapsamında yapılan antibakteriyel aktivite çalışmaları, Fosfomisin yüklü UiO-66 nanokristalleri için S.aureus ve E.coli'ye karşı ilaç yüklü MOF derişimine bağlı olarak bakterisidal ve bakteriyostatik aktiviteleri ortaya çıkarmıştır. Çalışma sonucunda UiO-66 MOF yapısının Fosfomisin taşıyıcı olarak etkin bir yapı olduğu görülmüş ve farklı biyomoleküllerin de UiO-66'ya yüklenerek biyomedikal alanda kullanım potansiyeli olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Biomolecule carrier systems based on metal-organic frameworks (MOFs) are advantageous to their counterparts owing to a high degree of structural tunability, high surface area and porosity, and higher chemical/thermal stability. UiO-66, one of the most stable Zr(IV) based MOFs, has a pore opening of 0.6 nm and a theoretical pore volume of 0.77 cm3/g. It has also been proven to remain stable in trifluoroethanol (TFE) and dichloromethane (DCM) solvents, while its structural integrity is compromised at pH 5.5. With these features, UiO-66 is an alternative MOF structure for the storage, transport and release of drugs and biomolecules in biomedical applications. Fosfomycin which is a re-emerging natural bactericidal antibiotic for the treatment of serious infections is a phosphonic acid derivative. The efficiency of UiO-66 nanocrystals for Fosfomycin loading was reported. Drug modulated synthesis and post-synthesis were applied to incorporate the fosfomycin in and/or on UiO-66 crystals. In the in situ encapsulation studies the effects of the synthesis time, the amount of Fosfomycin, and synthesis temperature factors on the loading efficiency and structural properties of  UiO-66 nanocrystals were investigated. Fosfomycin molecule encapsulation and adsorption efficiencies for UiO-66 nanocrystals were calculated as ⁓90 % and ⁓70%, respectively. Antibacterial activity studies revealed the drug loaded MOF concentration dependent bactericidal and bacteriostatic activities towards S.aureus and E.coli for fosfomycin loaded UiO-66 nanocrystals. As a result of the study, it has been seen that UiO-66 MOF, is an effective structure as a Fosfomycin carrier and it has been proven that create different biomedical application areas.