Mezogözenekli süperparamanyetik silika yapılarının sentezi ve ilaç salımında kullanımı
Synthesis of superparamagnetic mesoporous silica structure and drug release studies
Yazar: NAZAN YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. SERPİL EDEBALİ ; DOÇ. DR. MEHMET GALİP İÇDUYGU
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, romatoid artrit tedavisinde kullanılan metotreksat' ın kontrollü salımında ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanılan mezogözenekli süperparamanyetik silika yapıların sentezlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda manyetit nanopartiküller ortak çöktürme yoluyla sentezlenmiş ve nanopartiküllerin yüzeyi sol jel yöntemi kullanılarak mezogözenkli silika ile kaplanmıştır. İlaç salımını kontrol etmek için silika tabakasının üzerine ek olarak lipid tabakası eklenmiştir. Hazırlanan nanopartikülleri karakterize etmek amacıyla FT-IR, XRD, VSM, BET, TEM ve FESEM analizleri yapılmıştır. Kimyasal ve fiziksel yapısı aydınlatan Fe3O4@SiO2 nanopartiküllere metotreksat (MTX) yüklemesi yapılıp Fe3O4@SiO2@MTX pH, sıcaklık, karıştırma hızı ve manyetik alan gibi fiziksel uyaranların etkisi ile MTX'in nanopartiküllerden salımı profili incelenmiştir. Salımı kontrollü hale getirmek amacıyla Fe3O4@SiO2@MTX nanopartiküllerin yüzeyi fosfolipid tabakası ile kaplanmış ve seçilen fiziksel uyaranların salım profiline etkisinin incelendiği çalışmalar karşısındaki salımı tekrarlanmıştır. İlaç salımının kinetiği çalışılmış ve profilin uyumlu olduğu model belirlenmiştir.
FT-IR sonuçları demir oksit bir çekirdek etrafında silika ve lipid tabakalarının varlığını göstermiş ve EDX analizleri de demir oksit etrafındaki silika tabakasının varlığını doğrulamıştır. BET analizi; Fe3O4@SiO2 nanopartiküllerin 576.69 m2/g yüzey alanına, 8 nm por boyutuna sahip olduğunu ve mezogözenekli bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Yapılan XRD analizi ise sentezlenen Fe3O4 ve Fe3O4@SiO2 nanopartiküllerin kübik sipinel yapıda ve 12 ve 11 nm kristal boyutunda olduğunu göstermiştir.  SEM analizlerinde elde edilen veriler değerlendirildiğinde 91 nm ve 109 nm lik parçacık boyutu nanopartiküllerin aglomere halde bulunduğunu doğrulamaktadır. Manyetik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla yapılan VSM analizi sonucunda manyetit nanopartiküllerin mıknatıslanma doygunluğunun 72,73 emug-1, silika kaplı manyetit nanopartiküllerin mıknatıslanma doygunluğunun ise daha düşük değerde 22,6 emug-1 olduğu ve süperparamanyetik özellik sergilediği görülmüştür. 
Fe3O4@SiO2'in ilaç yükleme kapasitesinin %8, ilaç hapsetme veriminin %80 olduğu belirlenmiştir. Fe3O4@SiO2@MTX ve Fe3O4@SiO2@MTX@Lipid nanopartiküllerden MTX'in salım profilinin belirlenmesi amacıyla yapılan çalışmalarda, pH 7 ortamında ilaç salım hızının arttığı, pH 2 ortamında ise ilacın daha kontrollü bir salım profili sergilediği gözlemlenmiştir. Bu doğrultuda ilacın mide ortamında emilimini sağlamak için oral yolla alınmasının daha uygun olacağını söyleyebiliriz. Vücut sıcaklığı olan 37 °C'de yapılan çalışmalar ilk 10 saatlik zaman aralığında MTX salımını her iki nanopartikül için genellikle artırmıştır. Sentezlenen nanoaprtiküllerin yapısındaki süperparamanyetik özellik taşıyan manyetit yapı sayesinde, uygulanan alternatif manyetik alan ile lipid tabakasının geçirgenliği artırılıp ilacın salımı kolaylaştırılmıştır. Karıştırma hızının etkisi ile kıyaslandığında lipid kaplı olmayanlar için belirgin bir etki oluşturmamasına karşın lipid kaplı nanopartiküllerden MTX'in salımını artırıcı etki göstermiştir. 
Fe3O4@SiO2@MTX ve Fe3O4@SiO2@MTX@Lipid nanopartiküllerden MTX'in salımını optimize etmek amacıyla kullanılan eşitlikler salımın, Higuci Modeline uyum gösterdiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Kontrollü ilaç salımı, Metotreksat, Mezogözenekli manyetit silika nanopartikül

Abstract:
In this study, synthesis of mesoporous superparamagnetic silica structures that was used as drug carrying system for controlled release of Methotrexate  used in rheumatoid arthritis treatment was intended. Magnetic nanoparticles were synthesized by using coprecipitation approach and surface of nanoparticles was covered with mesoporous silika using sol gel approach. In order to control the drug release profile, a lipid layer was added on the surface of nanoparticles. FTIR, EDX, SEM, TEM, BET, XRD and VSM analysis were performed to characterize the prepared nanoparticles. After chemical and physical characterization of Fe3O4@SiO2, MTX was loaded    into nanoparticles and effect of various physical stimulus such as; pH, temperature, mixing rate and magnetic field on release profile of MTX from nanoparticles. Experiments were repeated by using the nanoparticles  with lipid layer and drug release model that is consistent with current kinetic data was determined.
FTIR results show the presence of silica and lipid layer around iron oxide core and EDX analysis conform the presence of silica layer around iron oxide. BET analysis show that Fe3O4@SiO2 nanoparticles have 576.6947 m2/g surface area, 8.21 nm pore diameter with mesoporous structure. XRD analysis reveal that Fe3O4 and Fe3O4@SiO2 nanoparticles have cubic spinel structure and they have 12 and 11 nm crystal dimensions, respectively. If the particle size distribution data obtained from SEM analysis considered, 91 nm and 109  nm average particles size values obtained for Fe3O4 and Fe3O4@SiO2 conform the agglomeration of nanoparticles. VSM analysis reveal that Fe3O4 and Fe3O4@SiO2 have 72,73 emug-1 and 22,6 emug-1 magnetic saturation values and they show superparamagnetic properties. 
Drug loading capacity and drug loading efficiency of Fe3O4@SiO2 were determined as 8% and 80%, respectively. In the studies carries out to determine MTX release profile from Fe3O4@SiO2@MTX and Fe3O4@SiO2@MTX@Lipid nanoparticles, it was observed that drug release rate is high at pH 7 and a more controlled drug release profile was obtained at pH 2. Therefore, it can be said that oral administration would be more appropriate to provide an absorption in stomach environment. % release values generally increase in the first 10 hours at 37oC body temperature for both nanoparticles. With the superparamagnetic property of magnetite in the structure of synthesized nanoparticles , applied alternating magnetic field has increased the drug release by altering the permeability of lipid layer. When % release values compared, application of magnetic field increase the drug release for lipid coated nanoparticles while  it has no significant effect for uncoated samples. 
The equations used to optimize the MTX release from Fe3O4@SiO2@MTX and Fe3O4@SiO2@MTX@Lipid  nanoparticles show that kinetic data is in agreement with Higuci Model.

Keywords: Controlles drug release, Methotrexate, Mesoporous magnetic silica nanoparticles