Moleküler baskılanmış kriyojel disklerden florourasil salınımı
Fluorouracil delivery from molecularly imprinted cryogel disks
Yazar: KEMAL ÇETİN
Danışman: PROF. DR. ADİL DENİZLİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Kontrollü salım sistemleri, ilacı hedef bölgeye gönderirken ilaç dozunu azaltma, dozlama aralığını uzatma, yan etkileri minimuma indirme gibi üstün özelliklere sahiptir. Kontrollü salım sistemlerinde ilacın bölgesel implantasyon yöntemiyle hedef bölgeye iletilmesi doz miktarını ve yan etkileri azaltan önemli etkendir. Moleküler baskılama teknolojisi ile istenilen moleküle duyarlı polimerler sentezlenebilmektedir. Bu teknoloji ile ortam şartlarına duyarlı akıllı polimerlerin üretilmesinin sağlanması, kontrollü ilaç salımı alanında bu yönteme duyulan ilgiyi artırmaktadır. Kontrollü salım sistemlerinde kullanılan biyomalzemelerden birisi de kriyojellerdir. Kriyojeller, çözücünün donma sıcaklığı altında üretilen jel matrikslerdir. Por yapıcı olarak toksik organik bileşikler içeren birçok polimerin aksine, kriyojellerde por yapıcı malzeme buz kristalleridir. Bundan başka, biyouyumluluk, esneklik ve yüksek mekanik kararlılığa sahip olma gibi avantajları sayesinde kontrollü salım için ideal taşıyıcı yapılardır.
Sunulan çalışmada, antineoplastik ilaç olan florourasilin in vitro ortamda salımını incelemek amacıyla, farklı çapraz bağlayıcı oranlarına ve farklı ilaç miktarlarına sahip florourasil baskılanmış kriyojel diskler hazırlanmıştır. Öncelikle fonksiyonel monomer olan MAH, (L)-histidin metil ester ve metakriloil klorürün tepkimesinden sentezlenmiş, ardından Cu2+ iyonları aracılığıyla, MAH ile FU?nun metal-şelat kompleksi oluşturulmuştur. MIP kriyojel diski hazırlamak için bu kompleks 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) ile -16oC?da kopolimerize olmuştur. Kontrol grubu olarak PHEMA kriyojel diskleri de sentezlenmiştir. Kriyojel disklerin denge şişme oranları incelendiğinde çapraz bağlayıcı oranının artması ile şişme oranı azalmıştır. PHEMA?nın yüzey alanı 10.5 m2/g iken nHEMA/nMBAAm molce oranı 4, 8 ve 16 olan P(HEMA-MAH-Cu2+) kriyojel disklerin yüzey alanları sırasıyla 12.4 m2/g, 15.2 m2/g ve 16.1 m2/g olarak bulunmuştur. Kriyojel disklerin yüzey ve yığın yapısı taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile tanımlanmıştır. FU?nun, boş P(HEMA-MAH-Cu2+) kriyojelin ve FU yüklü P(HEMA-MAH-Cu2+) kriyojelin, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve X-ışınları difraktrometresi (XRD) spektrumları incelendiğinde, ilacın aktivitesini kaybetmeden kriyojel matrikste homojen bir şekilde dağıldığı gözlenmiştir. Farklı özelliklere sahip kriyojel disklerden ilaç salım hızının çapraz bağlayıcı oranı, ortam pH?ı ve sıcaklığı, ilaç yükleme miktarı ve ilaç polimer etkileşimleri ile değiştiği gözlenmiştir. Molce üç farklı oranda çapraz bağlayıcı içeren (nHEMA/nMBAAm = 4, 8, 16) kriyojel diskler üretilmiştir. Ortam pH?ının, salım hızı ve salınan ilaç miktarı üzerindeki etkisinin belirlenebilmesi amacıyla FU yüklü P(HEMA-MAH-Cu2+) kriyojel disklerden 4 değişik pH?da (4.0, 6.0, 7.4 ve 9.0?da) ilaç salımı incelenmiştir. Ortamın salıma etkisini incelemek için değerlendirilen bir diğer parametre de sıcaklıktır. Bu amaçla 37.0oC ve oda sıcaklığındaki ilaç salım davranışları incelenmiştir. Farklı miktarda ilaç yüklü kriyojel diskler üzerinde yapılan çalışmalardan polimerdeki ilaç yükleme oranı arttıkça salım hızının da arttığı gözlenmiştir. PHEMA ve P(HEMA-MAH-Cu2+) kriyojellerdeki salım hızı karşılaştırıldığında PHEMA disklerden salımın çok daha hızlı olduğu görülmüştür. Bu durum moleküler baskılama esnasında ilaç ile destek malzemesi arasındaki tercih edilen etkileşimlerden dolayı olmaktadır. Güç yasasına göre salım mekanizmasının türünü gösteren ?n? üsteli 0.5?den küçük bulunmuş, buradan hazırlanan kriyojel disklerde difüzyon mekanizmasının non-Fickian olduğu sonucuna varılmıştır. Rezervuara konulan kriyojel disklerden, burst etkisine bağlı olarak ilk dakikalarda yüksek salım hızlarında, ardından daha düşük hızlarda gerçekleşen salım davranışları ile yüksek oranlarda ilaç salımı gerçekleşmiştir.

Anahtar Kelimeler: Kontrollü ilaç salım sistemleri, Moleküler baskılama, Kriyojel 
diskler, Metal iyon etkileşimleri, Florourasil.

Abstract:
Controlled drug delivery systems have outstanding properties such as reducing the drug dose, prolongation of dosing interval and minimizing side effects while delivering the drug to the target area. Delivering of the drug via local implantation method is an important factor to reduce amount of dose and side effects in controlled drug delivery systems. Sensitive polymers to the desired molecule can be synthesized by molecular imprinting technology. The production of smart polymers which are the senstitive to the environmental conditions is increasing the interest in this method in the area of controlled drug delivery systems. One of biomaterials used in controlled release systems is cryogels. Cryogels are the gel matrices which are produced below the freezing temperature of the solvent. Unlike many polymers containing toxic organic compounds as porogen, it is ice crystals in cryogels. Furthermore, they are ideal delivery structures for the controlled drug delivery systems with the advantage of biocompatibility, flexibility and having high mechanical stability.
In this study, fluorouracil imprinted cryogel disks which have different cross-linking ratios and different amounts of drug were prepared in order to examine in vitro release of fluorouracil. Firstly, functional monomer MAH was synthesized by reaction of (L)-histidine methyl ester and methacryloyl chloride, and then metal-chelate complex of MAH and FU formed via Cu2+ ions. This complex was copolymerized with 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) at -16oC to prepare MIP cryogel disks. PHEMA cryogel disks were also synthesized as control group. As the swelling equilibrium of cryogel disks was investigated, the swelling ratio was decreased with the increase of cross-linking ratios. While surface area of PHEMA was 10.5 m2/g, P(HEMA-MAH-Cu2+) with molar ratio of nHEMA/nMBAAm 4, 8 and 16 had surface areas with the value of 12.4 m2/g, 15.2 m2/g and 16.1 m2/g, respectively. Surface and bulk structures of cryogel disks were identified with scanning electron microscopy (SEM). When differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffractometry (XRD) spectra of FU, P(HEMA-MAH-Cu2+) cryogel and FU loaded P(HEMA-MAH-Cu2+) cryogel were analyzed, it was observed that FU was homogeneously dispersed in the cryogel network with no loss of activity. It was examined that drug release rate from cryogel disks was changed with cross-liking ratios, medium pH and temperature, amount of loaded drug and interactions of drug with polymer. Cryogel disks having three different molar ratios of cross-linker with HEMA (nHEMA/nMBAAm = 4, 8, 16) were produced. Drug relase from FU loaded P(HEMA-MAH-Cu2+) cryogel disks was examined in different pH values (4.0, 6.0, 7.4, and 9.0) in order to identify the impact of medium pH on release rate and amount of released drug. Another parameter which was evaluated to find out the effect of media on relase of drug was temperature. For this purpose, release behavior was reported at 37.0oC and room temperature. It was observed that the more loaded amount of drug causes the faster drug release rate, by the studies with the different amount of drug-loaded cryogel disks. When the release rates of PHEMA and P(HEMA-MAH-Cu2+) cryogels were compared, it was found that PHEMA disks had much more faster release rate. It was because of the interactions preferred between the drug and the polymer support. According to the power-law, the power ?n? which indicates the type of release mechanism was found smaller than 0.5 and thus it was deduced that the diffusion mechanism for the prepared cryogel disks was non-Fickian. High amount of drug was released from the cryogel disks placed in reservoirs. The high release rate was observed due to the burst effect at the beginning, and then it was held at lower rates.


Keywords: Controlled drug delivery systems, Molecular imprinting, Cryogel disks, 
Metal-ion attractions, Fluorouracil.