İpek fibroin bazlı ilaç yüklü hidrojellerin inflamatuvar barsak hastalığında değerlendirilmesi
Evaluation of silk fibroin-based drug loaded hydrogels in inflammatory bowel disease
Yazar: AYŞEGÜL YILDIZ
Danışman: PROF. DR. FÜSUN ACARTÜRK
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
Tez çalışmasının amacı inflamatuvar bağırsak hastalığının (İBH) tedavisi için ipek fibroin temelli mesalazin ve kitozan:TNF-α siRNA polipleksi yüklü 3B biyobaskı ile üretilmiş oral ve rektal hidrojel formülasyonlarının geliştirilmesi, in vitro karakterizasyonu ve in vivo etkinliğinin gösterilmesidir.  Bu amaç doğrultusunda ipek böceği kozalarından ipek fibroin üretimi gerçekleştirilmiş ve ipek fibroin, hyaluronik asit ve sodyum aljinat kullanılarak bir seri biyomürekkep formülasyonları hazırlanmıştır. Optimum biyomürekkep formülasyonunun içeriği 75:75:50 ipek fibroin:sodyum aljinat: hyaluronik asit olarak belirlenmiştir. Kitozan:TNF-α polipleksi geliştirilmesi çalışmaları yapılmış ve 40/1 oranında kitozan: TNF-α siRNA içeren P-40 kodlu polipleks optimum olarak belirlenmiştir. Daha sonra biyomürekkep formülasyonları ile 3B biyobaskı yöntemiyle Kitozan/TNF-α polipleksi ve mesalazin yüklü hidrojel formülasyonları üretilmiştir.  Hidrojellerin diferansiyel taramalı kalorimetre, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometresi, X-ışını kırınımı analizleri sonucunda formülasyon bileşenleri arasında geçimsizlik olmadığı tespit edilmiştir. Termogravimetrik analizle hidrojellerin termal stabilitesi analiz edilmiş ve hidrojellerin termal stabilitesi düşük bulunmuştur. Oral hidrojelin şişme indeksi %366±67, rektal hidrojelin şişme indeksi %404±56 olarak tespit edilmiştir. 24 saat sonunda rektal hidrojelin %75,9'nun, oral hidrojelin ise %31,2'sinin in vitro parçalanmaya uğradığı gözlenmiştir. Mekanik analizlerde kopma uzaması değerleri oral hidrojel için %30,7±6,5, rektal hidrojel için %38,4±4,5; gerilme direnci değerleri ise oral hidrojel için 0,017±0,002 mPa, rektal hidrojel için ise 0,016±0,001 mPa olarak ölçülmüştür. Her iki hidrojelin de hem sağlıklı hem İBH oluşturulmuş kolon dokusuna mukoadezyon sağladığı görülmüştür.   Morfolojik analizlerde hidrojellerin bulutsu ve homojen bir görüntüye sahip olduğu, liyofilize hidrojellerin ise poröz bir yapıya sahip olduğu gözlenmiştir. Her iki hidrojelden de mesalazin ve TNF-α siRNA salımı 24 saat boyunca devam etmiş, hidrojeller uzatılmış salım profili göstermiştir. Hücre kültürü çalışmaları kapsamında RAW 264.7 hücre hattı kullanılarak sitotoksisite ve in vitro TNF-α gen susturma çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda formülasyonların sitotoksik olmadığı ve oral hidrojelin TNF-α genini %46,53 oranında, rektal hidrojelin ise TNF-α genini %45,06 oranında susturduğu belirlenmiştir. İn vivo çalışmalar kapsamında İBH modeli oluşturulmuş Balb/c türü farelerde çalışma kapsamında hazırlanmış formülasyonlar ile uygulanan tedavi sonucunda fizyolojik, makroskobik ve mikroskobik ve biyokimyasal belirteçlerinde de önemli derecede iyileşme sağlanmıştır. Bu tez çalışmasında 3B biyobaskı yöntemiyle üretilmiş, mesalazin ve kitozan/TNF-α siRNA polipleksi yüklü ipek fibroin temelli hidrojel formülasyonlarının İBH tedavisinde kullanılma potansiyeline sahip olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The aim of the thesis is to develop, in vitro characterization and in vivo efficacy of silk fibroin-based mesalazine and chitosan:TNF-α siRNA polyplex loaded, 3D bioprinted oral and rectal hydrogel formulations for the treatment of inflammatory bowel disease (IBD). For this purpose, silk fibroin was produced from silkworm cocoons and a series of bioink formulations were prepared using silk fibroin, hyaluronic acid and sodium alginate. The optimum bioink formulation content was determined as 75:75:50 silk fibroin:sodium alginate:hyaluronic acid. Studies were carried out to develop chitosan:TNF-α polyplex and P-40 coded polyplex containing 40/1 chitosan:TNF-α siRNA was determined to be optimum. Then, Chitosan/TNF-α polyplexy and mesalazine-loaded hydrogel formulations were produced using bioink formulations with the 3D bioprinting method. As a result of differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared spectrometry and X-ray diffraction analyzes of the hydrogels, it was determined that there was no incompatibility between the formulation components. Thermal stability of hydrogels was analyzed by thermogravimetric analysis and the thermal stability of hydrogels was found to be low. The swelling index of the oral hydrogel was found to be 366±67%, and the swelling index of the rectal hydrogel was 404±56%. It was observed that 75.9% of the rectal hydrogel and 31.2% of the oral hydrogel were degraded in vitro after 24 hours. In mechanical analysis, elongation at break values 30.7±6.5% for oral hydrogel and 38.4±4.5% for rectal hydrogel; tensile strength values were measured as 0.017±0.002 mPa for oral hydrogel and 0.016±0.001 mPa for rectal hydrogel. It was observed that both hydrogels provided mucoadhesion to both healthy and IBD-induced colon tissue. In morphological analysis, it was observed that the hydrogels had a cloudy and homogeneous structure, while the lyophilized hydrogels had a porous structure. The release of mesalazine and TNF-α siRNA from both hydrogels continued for 24 hours, and the hydrogels showed an prolonged release profile. Cytotoxicity and in vitro TNF-α gene silencing studies were performed using the RAW 264.7 cell line within the scope of cell culture studies. As a result of these studies, it was found that the formulations were not cytotoxic and the gene silencing efficiency of the oral hydrogel was 46.53% and the rectal hydrogel was 45.06%. As a result of the treatment applied with the formulations prepared within the scope of the thesis, significant improvement was achieved in the physiological, macroscopic, microscopic and biochemical markers of Balb/c type mice, for which an IBD model was created within the scope of in vivo studies. In this thesis, it was concluded that silk fibroin-based hydrogel formulations loaded with mesalazine and chitosan/TNF-α siRNA polyplex produced by 3D bioprinting method have the potential to be used in the treatment of IBD.