Transdermal ilaç salım uygulamaları için basınca duyarlı yapışkan ve elastomerik filmlerin hazırlanması
Preparation of pressure sensitive adhesive and elastomeric films for transdermal drug delivery applications
Yazar: NURCAN SİVRİ
Danışman: PROF. DR. ALİ DURMUŞ ; PROF. DR. AYDAN DAĞ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, hem basınca duyarlı yapıştırıcı (PSA) olarak hem de transdermal ilaç taşıyıcı sistemlerde (TİTS) kullanım potansiyeli ve performansı incelenmemiş olan, yeni nesil siklo-olefin kopolimer (COC) elastomerin baz polimer olarak kullanıldığı transdermal ilaç taşıyıcı sistem geliştirilmiştir. Siklo-olefin kopolimer (COC); FDA onaylı, medikal ve gıda kullanımına uygun, biyouyumlu bir termoplastiktir. Tez çalışması, elastomer COC'nin PSA olarak kullanımı için harman yapılı formülasyon ve film geliştirme ve bu filmlerin ilaç salım özelliğinin araştırılması olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Tez çalışmasının ilk basamağında; COC elastomere, farklı tip ve oranlarda yapışkanlaştırıcı ve plastikleştirici ilavesi ile oda koşullarında yapışma özelliğine sahip PSA filmler eriyik harmanlama yöntemiyle hazırlanmıştır. Geliştirilen COC esaslı basınca duyarlı yapışkan filmlerin morfolojik, yapışma, viskoelastik ve ısıl özellikleri bileşime bağlı olarak karakterize edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları sonucunda düşük Tg değerlerine sahip, esnek ve yumuşak COC elastomer esaslı harman yapılı PSA filmler elde edilmiştir. Hazırlanan formülasyonların PSA olarak kullanılabilmesi için en önemli kriter olan, oda sıcaklığındaki elastik modül değerinin Dahlquist kriterini (0,3 MPa) sağladığı dinamik mekanik analiz (DMA) cihazında yapılan testler ile belirlenmiştir. Tez çalışmasının ikinci basamağında; optimize edilen formülasyona, model ilaç olarak lipofilik bir molekül olan ibuprofen, eriyik harmanlama yöntemiyle yüklenmiş ve tek katmanlı transdermal ilaç taşıyıcı sistem (DIA tip transdermal yama) hazırlanmıştır. Hazırlanan COC elastomer esaslı transdermal filmlerin ilaç salım özellikleri Franz difüzyon hücresinde gerçekleştirilmiş ve TİTS'lerin ilaç salım hızı ve etkinliğİ UV spektrofotometre cihazıyla gerçekleştirilen analizler ile kantitatif olarak belirlenmiştir. İlaç salım çalışmalarından elde edilen deneysel verilere, çeşitli kinetik modeller (sıfırıncı derece, birinci derece, Higuchi ve Korsmeyer-Peppas) uygulanarak TİTS'lerin ilaç salım kinetikleri incelenmiştir. Higuchi ve Korsmeyer-Peppas model denklemlerinin korelasyon katsayıları (R2) birbirlerine oldukça yakın ve diğer model denklemlerinden daha yüksek olduğu için ilaç salım verileri için uygun modeller oldukları değerlendirilmiştir. Higuchi ve Korsmeyer-Peppas model denklemlerine göre, farklı oranlarda ibuprofen yüklenen TİTS'lerin, Fickian difüzyon kontrollü salım mekanizmasına uygun salım davranışı gösterdikleri belirlenmiştir. Sonuç olarak; bu tez çalışmasıyla TİTS'lerde basınca duyarlı yapıştırıcı olarak kullanılan polimerlere alternatif olabilecek özgün kimyasal yapı ve fiziksel özelliklere sahip, elastomerik yapıda yeni nesil bir poliolefin kopolimerin kullanımıyla DIA-tip transdermal yamaların formülasyon ve üretim süreç bilgileri geliştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, a transdermal drug delivery system was developed using new generation cyclo-olefin copolymer (COC) elastomer as the base polymer, which has not been investigated for its potential and performance in both pressure sensitive adhesives (PSA) and transdermal drug delivery systems (TDDS). Cyclo-olefin copolymer (COC) is an FDA approved, biocompatible thermoplastic suitable for medical and food use. The thesis study consists of two parts: blending formulation and film development for the use of elastomer COC as PSA and investigation of drug release properties of these films. In the first step of the thesis study; PSA films with adhesion properties under room conditions were prepared by melt blending method by adding different types and ratios of tackifiers and plasticizers to COC elastomer. Morphological, adhesion, viscoelastic and thermal properties of the developed COC based pressure sensitive adhesive films were characterized depending on the composition. As a result of characterization studies, low Tg values, flexible and soft COC elastomer-based PSA films were obtained. The most important criterion for the prepared formulations to be used as PSA was determined by the tests performed on the dynamic mechanical analysis (DMA) device, where the elastic modulus value at room temperature met the Dahlquist criterion (0.3 MPa). In the second step of the thesis study; ibuprofen, a lipophilic molecule, was loaded into the optimized formulation by melt blending method and a single layer transdermal drug delivery system (DIA type transdermal patch) was prepared. The drug release properties of the prepared COC elastomer based transdermal films were performed in the Franz diffusion cell and the drug release rate and efficiency of TDDS were quantitatively determined by the analyzes performed with the UV spectrophotometer device. Various kinetic models (zero-order, first-order, Higuchi and Korsmeyer-Peppas) were applied to experimental data obtained from drug release studies to investigate the drug release kinetics of TDDS. Since the correlation coefficients (R2) of the Higuchi and Korsmeyer-Peppas model equations were quite close to each other and higher than the other model equations, they were evaluated as suitable models for drug release data. According to the Higuchi and Korsmeyer-Peppas model equations, it was determined that TDDS loaded with ibuprofen at different rates showed release behavior suitable for the Fickian diffusion-controlled release mechanism. In conclusion, with this thesis study, the formulation and production process information of DIA-type transdermal patches were developed by using a new generation polyolefin copolymer with a unique chemical structure and physical properties that can be an alternative to the polymers used as pressure-sensitive adhesives in TDDS.