Santral sinir sistemine yönelik nanopartiküler ilaç taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi ve parkinson hastalığında tedavi etkinliğinin değerlendirilmesi
Development of nanoparticulate drug delivery systems for central nervous system and evaluation of the treatment efficacy i̇n parkinson's disease
Yazar: SEMA ARISOY
Danışman: PROF. DR. TANSEL ÇOMOĞLU
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Aglütinasyon testleri = Agglutination tests ; Buğday = Wheat ; Kan beyin bariyeri = Blood brain barrier ; Levodopa = Levodopa ; Merkez sinir sistemi = Central nervous system ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Parkinson hastalığı = Parkinson disease ; İlaç formülleri = Formularies ; İlaç taşıyıcılar = Drug carriers ; İlaç üretimi = Drug production

Özet:
Parkinson hastalığı, Alzheimer hastalığından sonra en sık izlenen, beyindeki hücre dejenerasyonu ile seyreden bir nörolojik hastalıktır. Bu hastalıkta beyinde dopamin üreten nöronların kaybı izlenmektedir. Dopamin salgılayan hücreler özellikle beyin sapında substantia nigra isimli bölgede bulunmaktadır ve beyinde motor hareketin düzenlenmesi görevini üstlenmiş olan bazal ganglia ile yakın ilişki halindedir. Substantia nigradaki hücrelerin zamanından önce ölmesi ile bazal gangliaya yeterli dopaminerjik sinyalin gitmemesi sonucunda bazal ganglianın beyin korteksindeki uyarıcı etkisi azalmakta, bunun sonucunda da hareketlerin yavaşlaması, titreme, denge kayıpları gibi yakınmaların oluşmasına neden olmaktadır. Parkinson hastalığının, 60 yaş üzerindeki insanlarda görülme sıklığı %1'dir. Türkiye'de 60.000 civarında Parkinson hastasının olduğu tahmin edilmektedir. Giderek yaşlanan toplumumuzda bu sıklığın önümüzdeki yıllarda daha da artacağı düşünülmektedir. Parkinson hastalığında, ilaç tedavisinin temelini azalmış olan dopaminin yerine konması oluşturmaktadır. Dopaminin ağızdan alınması durumunda kan-beyin bariyerini (KBB) geçip beyine ulaşması mümkün olmadığı için bir ön ilaç olan levodopa (L-3,4-dihidroksi fenilalanin) isimli molekül kullanılmaktadır. Günümüzde Parkinson tedavisinde kullanılan en etkin tedavi seçeneği oral yoldan uygulanan levodopa preperatlarıdır. Levodopa tedavideki en etkili ilaç olmakla birlikte oral yoldan alındığında %30 gibi düşük oranda bir biyoyararlanıma sahiptir. Ayrıca psişik, gastrointestinal ve kardiyovasküler yan etkilere ve en önemlisi dopamin reseptörlerini kısa ve sık sık uyardığı için zaman içinde diskineziler gibi istenmeyen durumlara neden olmaktadır. Sonuç olarak levodopa tedavisinde sayılan yan etkilerden korunarak konvansiyonel preperatların aksine, reseptörlerin sürekli bir şekilde uyarılmasını sağlayan kontrollü salım sistemleri, levodopa kaynaklı diskinezilerin azaltılması açısından etkin bir yöntem olarak düşünülmektedir. Kontrollü salım sağlayacak ve nazal yoldan uygulanacak olan levodopa yüklü nanotaşıyıcılar hastalıklı bölgeye daha yüksek oranda ulaşma kapasitesine ve artan biyoyararlanıma sahip olabilecektir. Aynı zamanda konvansiyonel tedavilerin aksine levodopanın nano taşıyıcılar içinde verilmesiyle, hastalara tedavi edici dozdan daha fazla ilaç yüklemesinin önüne de geçilebilecektir. 
Yukarıda açıklanan gerekçeler doğrultusunda tez kapsamında, Parkinson hastalığında daha etkin, güvenilir ve yan etkilerin azaldığı bir tedavinin sağlanması amacıyla levodopanın hedef dokulara daha etkin bir şekilde ulaşmasını sağlamak üzere nanotaşıyıcı bir sistem içinde verilmesi için çalışmalar yapılmıştır. Bu amaçla, mukoadhezif yapılarla modifiye edilmiş nazal uygulanacak nanopartikül formülasyonlarının intranazal veriliş yolu ile beyin dokusuna en yüksek oranda ulaşması ve en etkin terapötik aktiviteyi sağlayacak şekilde etki göstermesi beklenmiştir. Diğer nörodejeneretif hastalıklarda olduğu gibi Parkinson hastalığında da, KBB'nin sınırlayıcı etkisi nedeniyle etkin maddenin beyine ulaşması, diğer vücut dokularına ulaşması kadar kolay olmamaktadır. Bu çalışmada, KBB'nin sınırlayıcı etkisinin aşılması ve hedef dokuda optimal etkin madde akümülasyonunun sağlanması amacıyla kısıtlayıcı bariyer yapısının atlatılmasını sağlayan intranazal yolla verilecek mukoadhezif maddelerle modifiye edilmiş nanopartiküllerden yararlanılacaktır. Konvansiyonel tedaviye alternatif, travmatik olmayan bir veriliş yolu hasta uyuncunun artırılmasının yanı sıra hedeflendirilmiş nanaoboyutta taşıyıcı sistemler aracılığıyla levodopanın beyine taşınmasının kolaylaştırılması, daha az doz ile daha etkin bir yanıt alınması, ve doza bağlı gelişen yan etkilerin azaltılması da mümkün olabilecektir. Çalışmada temel olarak mukoadhezif madde ile konjuge edilmiş poli laktik ko-glikolik asit (PLGA) nanopartiküllerinin hazırlanarak bariyerin nazal yoldan aşılması amaçlanmıştır. Nazal absorpsiyonu artırmak amacıyla, buğday tohumu aglutininin (BTA) mukoadhezif bileşik olarak kullanılması düşünülmektedir. İstenen özelliklerde nanopartikül üretim ve karakterizasyonunun ardından nazal verilişe uygun şekilde tasarlanan formülasyonlarının hazırlanması ve in-vitro karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirililmiştir. In vitro karakterizasyon çalışmalarından sonra optimum formülasyon/formülasyonlar belirlenerek levodopa yüklü nanopartiküllerden beyine etkin maddenin geçişinin araştırılması amacıyla oluşturulan Parkinson modeli ile in vivo hayvan deneyleri gerçekleştirilmiştir. Söz edilen çalışmaların yanı sıra formülasyonlarda stabilite çalışmaları da yapılmıştır.

Abstract:
Parkinson Disease is the second most common neurodegenerative disease in worldwide and it is characterized by cell degeneration in brain tissues. In this disease loss of neurons which are responsible for dopamine synthesis has been observed. Dopamine releasing cells are especially found in the brain stem region; substantia nigra and they are closely associated with basal ganglia which is responsible for regulation of motor functions of body. Due to untimely cell deaths in substantia nigra, sufficient dopaminergic signals could not reach the basal ganglia and this situation reduce the stimulant effect of basal ganglia in the brain cortex, therefore symptoms of disease such as retardation of movements, tremor and instability are observed. The prevalence of Parkinson disease is 1% in people aged 60 years and over. It has been estimated that, there are about 60.000 Parkinsonian patients in Turkey and an increase of prevalence is predicted in our aging population. In Parkinson diseae, drug therapies are generally based on dopamine replacement strategies.  In case of orally dopamine treatment, passage of dopamine into the brain across the blood brain barrier is not possible, so instead of dopamine, a prodrug called levodopa (L-3,4-dihydroxi phenylalanine) is utilized for drug therapies for Parkinson disease. Orally administrated levodopa formulations are most effective treatments for Parkinson disease at the present time.  Although levodopa is the most effective drug molecule, when it is administrated orally, it has low oral bioavailability (30%). Furthermore psychic, gastrointestinal and cardiovascular side effects of levodopa have been stated; especially levodopa could be cause dyskinesia due to pulsatile stimulation of dopaminergic receptors in the long term treatments. In order to reduce levodopa induced dyskinesia providing continuous stimulation of receptors, also side effects of levodopa, controlled release systems could be considered as effective alternatives to conventional treatments. Controlled release levodopa loaded nanocarrier systems which are administrated via intranasal route, are going to provide preferable bioavailability and they are going to have an ability to reach at the target tissues. Therefore nasal route is going to enable access of optimum doses into the target tissues readily. Moreover, in contrast with conventional therapies, nanocarriers are going to prevent administration of higher doses of levodopa than effective doses in order to provide optimal therapies.                           
In accordance with reasons mentioned above, main objective of our study was enabling accession of levodopa into the target tissues via novel nanocarriers systems, in order to provide more effective, safe and qualified treatment of Parkinson disease. For this purpose, obtaining the effective passage of nanocarriers into the brain parenchyma and thereby optimal thereputic effectwas aimed, using mucoadhesive compound modified nanoparticles via intranasal route. In Parkinson disease, as well as other neurodegenerative diseases, drug delivery into the brain is more complicated than other body tissues due to presence of restricted barrier structure (blood-brain barrier). In this present work, to overcome blood-brain barrier (BBB) and provide an optimal drug accumulation in the target tissues, bypassing the barrier strategy through mucoadhesive compound modified nanoparticles via intranasal route, have been designed. As an alternative to conventional treatment, a non-traumatic administration route could be useful for patients; moreover it is going to enable passage of levodopa into the brain easily whereby nano-sized carrier systems, obtaining more effective results with lower doses of levodopa and decrease of dose related side effects. In this current work, bypassing the BBB through intranasal route whereby mucoadhesive compound modified poly lactic co-glycolic acid (PLGA) has been determined the main objective. Wheat germ agglutinin (WGA) lectin has been stated as the mucoadhesive compound for improved nasal absorption in the nasal cavity. Following the preparation and characterization of desired nanoparticles, preparation and in vitro characterization studies of appropriate formulations for intranasal route was performed. Following in vitro studies, optimum formulation/formulations were determined and in order to investigate passage of levodopa loaded nanoparticles into the brain parenchyma, in vivo animal studies with animal models which have Parkinson disease were performed. Also stability studies of formulations were practiced by our study group.