Protein salımı için süpergözenekli IPN/Yarı-IPN hidrojellerin sentezi ve salım kinetiğinin incelenmesi
Synthesis of superporous IPN/Yarı-IPN hydrogels for release of protein and investigation of release kinetics
Yazar: DENİZ ERCE
Danışman: PROF.DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sunulan çalışmada, hidrofilik karaktere sahip akrilamid (AAm) ve akrilik asit (AA)monomerlerinden, çapraz bağlayıcı ajan N,N'-metilenbisakrilamid (BIS) varlığındahazırlanan süpergözenekli hidrojellerin (SPH'lerin) yüksek şişme oranlarından vehızlarından faydalanılarak, model polipeptid ilaç olarak seçilen sığır serum albümin'in(BSA) oral yolla kontrollü salımda kullanımına yönelik bulguların elde edilmesiamaçlanmıştır.SPH yapıların hazırlanabilmesi için gaz köpükleştirme tekniği kullanılmıştır. Çapraz-bağlanma/kopolimerizasyon reaksiyonu, serbest radikalik polimerizasyon ile odasıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Farklı karakteristik özelliklere ve 20-340 Âµm gözenek çaparalığına sahip homo (AAm) ve kopolimer (AAm-ko-AA) SPH'ler hazırlanmıştır.Çalışmalarda, kuru halde ortalama 8 mm çap ve 4 mm kalınlığa sahip disk formundakihidrojeller kullanılmıştır.Mekaniksel dayanımları zayıf olan SPH'lerin dayanımlarının arttırılması ve uzun sürelisalım davranışının sağlanabilmesi amacıyla; doğal bir polimer olan kitosan ile iç içegeçmiş ağ yapılı süpergözenekli hidrojeller (SPIH'ler) hazırlanmıştır. Kitosan ağ yapı,gliserol fosfat disodyum tuzu (GP) ile çapraz-bağlama sonucu oluşturulmuştur.Çalışma kapsamında hazırlanan tüm hidrojellerin karakterizasyonu, 37oC'da üç farklıpH'daki (3.2, 4.7 ve 7.4) fosfat tampon çözeltisinde (PBS) yürütülen şişme çalışmalarınınyanı sıra, yüzey/kesit morfolojilerinin SEM ile görüntülenmesi, yığın yapı özelliklerininsıkıştırma dayanım testi, boşluk kesri ve yoğunluk analizleri ile incelenmesi ve ısılözelliklerinin TGA ile belirlenmesiyle gerçekleştirilmiştir. SPH'lere göre SPIH'lerin mekanikdayanımları önemli derecede artarken, ısıl dayanımları azalmıştır. Ayrıca; şişmekinetiğinin matematiksel analizi sonucunda; SPH ve SPIH örneklerinde suyun difüzyonkatsayısının sırasıyla 10-7 ve 10-9 m2/s mertebelerinde olduğu saptanmıştır.Süpergözenekli hidrojel disklere yükleme işlemi; oda sıcaklığında, üç farklı pH'daki (3.2,4.7 ve 7.4) fosfat tampon çözeltisinde hazırlanan üç farklı başlangıç konsantrasyonundaki(1, 3 ve 5 mg/ml) BSA çözeltileri kullanılarak enjeksiyon yöntemi ile gerçekleştirilmiş vegeleneksel hidrojellere göre çok kısa sürede (<1 dak.) ve çok yüksek miktarlarda (30-400mg BSA/g kuru jel) BSA yüklenmiştir. Tüm başlangıç BSA konsantrasyonlarında yüklemepH'ı 3.2 için, jellere en yüksek BSA miktarları yüklenmiştir. SPH ve SPIH'lerden proteinsalımı, üç değişik pH'da (3.2, 4.7 ve 7.4) floresan spektrofotometresi ile 7 gün süresinceincelemiştir. Kümülatif salım çalışmaları sonucunda, genel olarak BSA salımının SPH veSPIH'lerden ilk dakikalarda hızlı gerçekleştiği, sonraki 5 saatlik dönemde daha düşükhızlarla devam ettiği belirgin olarak gözlenmiştir. Her iki tür hidrojelden de, genel olaraktüm yükleme konsantrasyonlarda ve tüm salım pH'larında, yükleme pH'ı 4.7 için enyüksek BSA salım miktarları elde edilmiştir.Anahtar kelimeler: Süpergözenekli hidrojel, gaz köpükleştirme, IPN, BSA, salım kinetiği.Danışman: Prof. Dr. Menemşe GÜMÜŞDEREL OĞLU, Hacettepe Üniversitesi, KimyaMühendisliği Bölümüi

Abstract:
In the presented study, superporous hydrogels (SPHs) were synthesized from hydrophilicacrylamide and acrylic acid monomers in the presence of crosslinking agent, N,N?-methylenbisacrylamide, and they were evaluated as the oral controlled delivery system forthe release of polypeptide bovine serum albumin (BSA) model drug.Gas foaming technique was utilized in order to prepare the SPH structures.Copolymerization/crosslinking was realized by free-radicalic polymerization at roomtemperature. Homo (AAm) and copolymer (AAm-ko-AA) SPHs, which have differentcharacterictics and pore diameter range in 20-340 Âµm, were prepared. In the studies, gelsamples in disc form (diameter=8 mm and height=4 mm) were used.Interpenetrating network (IPN) superporous hydrogels were prepared with chitosan, that isnature polymer, for increasing of mechanical strengths of SPHs and providing of long-termdrug delivery. Chitosan network were formed by crosslinking with glycerol phosphatedisodium salt (GP).The characterization of all hydrogels were done by swelling studies which were applied inphosphate buffer solutions at 37oC and three pH values (3.2, 4.7 and 7.4), SEM forimaging of surface/cross-section morphologies, compression strength test, void fractionanalysis and density measurement for investigation of bulk structure properties, and TGAto determine the thermal characterictics. SPIHs? mechanical strengths have increased butthermal strengths have decreased as to SPHs. Also, the difussion coefficients of water inSPHs and SPIHs were established as the magnitude of 10-7 ve 10-9 m2/s, respectively.SPH discs were loaded with BSA by injection at 3 different pH values (3.2, 4.7 ve 7.4)and 3 different initial concentrations (1, 3 ve 5 mg/ml) in very short time (<1 dak.) andvery high capacities (30-400 mg BSA/g gel) as to conventional hydrogels. The highestamounts of BSA were loaded in gels at the loading pH=3.2 for all initial concentrations.The release of BSA from SPHs and SPHs was established by fluorescencespectrophotometer in 7 days term and was usually observed as high speeds in initialminutes and then lower speeds in 5 hour terms. The highest amounts of BSA werereleased from both of the gels at the loading pH=4.7 for all initial concentrations and pHvalues.Keywords: Superporous hydrogel, gas foaming, IPN, BSA, release kinetics.Adviser: Prof. Dr. Menemşe GÜMÜŞDEREL OĞLU, Hacettepe University, Department ofChemical Engineeringii