Mikrodalga destekli yeni nesil PAMAM türü dendrimerlerin sentezi ve ilaç taşıyıcı özelliklerinin araştırılması
Microwave assisted synthesis of new generation PAMAM dendrimers and investigation of drug delivery properties
Yazar: MUSTAFA ULVİ GÜRBÜZ
Danışman: PROF. DR. METİN TÜLÜ ; YRD. DOÇ. DR. ALİ SEROL ERTÜRK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Dendrimerler üç boyutlu, çok dallı, monodispers, yıldız şeklinde makromoleküllerdir. Dendrimerlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri çekirdek, tekrar eden dallar ve yüzey fonksiyonel grupları gibi moleküler yapı elemanları tarafından belirlenmektedir. Bu yapı elemanlarının türü, dendrimerlerin moleküler kapsülleme, çözünürlük ve toksisite özelliklerinde de belirleyici bir etkiye sahiptir. Bu özelliklere bağlı olarak, dendrimerler ilaç taşıma, katalizör ve biymedikal uygulamalarında geniş bir aralıkta kullanılabilmektedirler. Bu tezde, Tris (2-aminoetil)amin (Tren) ve ticari olarak elde edilebilir Jeffamine® D230 çekirdeğinden yola çıkarak, amin (NH2), Tris (C(CH2OH)3) ve karboksili sonlu (COOH), suda çözünebilen dördüncü jenerasyona kadar poly (amidoamin) (PAMAM) dendrimerler sentezlendi. Amin ve Tris sonlu dendrimerlerin sentez mikrodalga destekli sentez (MAS) metotları kullanılarak gerçekleştirildi. Geleneksel amin sonlu PAMAM dendrimer sentezinde, amitleşme reaksiyonunun tamamlanması 5-8 gün arasında sürerken, bu aşama MAS metodu kullanılarak 30-80 dakika arasında yüksek verimle gerçekleştirildi. Tris molekülü ile yapılan yarım jenerasyon PAMAM dendrimerlerin yüzey modifikasyonunda, normal koşullar altında 2-4 günde gerçekleştirilen amitleşme basamağı, MAS yöntemi kullanılarak 110-130 dakika gibi kısa sürelerde gerçekleştirildi. Ayrıca, Tren ve Jeffamine®  D230 çekirdekli jenerasyon 4.5 ester sonlu PAMAM dendrimerlerin yüzeyi ~% 10 PEG bisamin molekülü ile modifiye edildi. Bu tezde sentezlenen amin, Tris, karboksili sonlu ve yüzey grubları ~% 10 PEG ile değiştirilmiş olan Tren ve Jeffamine® D230 çekirdekli PAMAM dendrimerler literatüre kazandırılmış yeni makromoleküllerdir. Sentezlenen dendrimerler sıvı fazlı polimer destekli alıkonma (LPR) tekniği kullanılarak saflaştırıldı ve 1H NMR, 13C NMR, ATR, UV-VIS, potansiyometrik ve spektroskopik titrasyon yöntemleri kullanılarak karakterize edildi. Dendrimerlerin sentezi kısa sürede, yüksek saflıkta ve verimde gerçekleştirildi. Çözünürlük çalışmalarında, Tren ve Jeffamine® D230 çekirdekli NH2, COOH, Tris ve PEG sonlu PAMAM dendrimerlerin çeşitli ilaçların sudaki çözünürlüğüne olan etkisi incelendi ve bir örnek ilaçın in vitro salım çalışması yapıldı. Bu amaçla dört model ilaç seçilmiştir. Bu ilaçların iki tanesi analjezik ve steroid olmayan antiinflamatuvar ilaçlar grubunda olan (NSAID) Naproksen ve Ibuprofen; bir tanesi antibiyotik sınıfında olan Sulfamethoksazol (SMZ); diğeri ise antihipertansif sınıfında bulunan Candesartan Cilexetil'dir. Seçilen ilaçların ortak özelliği hirofobik (su sevmeyen) ve suda çözünürlüğü çok düşük olan ilaçlardır. Sentezlenen dendrimerin jenerasyon ve yüzey fonksiyonel gruplarının model olarak çalışılan ilaçların çözünürlüğüne olan etkisi ayrıca araştırıldı.
Sonuç olarak, yeni sentezlenen dendrimerlerin tamamı kötü çözünürlüğe sahip model olarak çalışılan ilaçların çözünürlüklerini literatürde etilendiamin (EDA) çekirdekli PAMAM dendrimerlerle yapılmış çözünürlük çalışmalarına kıyasla önemli derecede arttırdığı gözlemlendi. SMZ ve dendrimer-ilaç komplekslerinin in vitro ilaç salım hızı çalışmasında dendrimer-ilaç kompleklerinin SMZ'e göre daha düşük oranlarda salınım yaptığı gözlemlendi. Ayrıca PEG ve asit sonlu PAMAM dendrimerlerin L929 hücresi üzerinde sitotoksisite çalışmasında asit sonlu dendrimerlerin daha az toksik olduğu gözlemlendi.

Abstract:
Dendrimers are three-dimensional, hyperbranched, monodisperse, and starburst macromolecules. The physical and chemical properties of dendrimer are attributed by molecular construction units; namely, core, repetitive branching units, and terminal functional groups. The type of these construction units has also a determinant effect on molecular encapsulation, solubility and toxicity properties of the dendrimers. Due to these properties, dendrimers can be used in a broad range of applications, including, drug-delivery, catalysis, and biomedical applications. In this thesis, starting from Tris (2-aminoethyl)amin (Tren) and commercially available Jeffamine® D230 core, amine (NH2), Tris (C(CH2OH)3) and carboxyl (COOH)-terminated water-soluble poly (amidoamine) PAMAM dendrimers up to fourth generation were synthesized. Amine and Tris-terminated PAMAMs were synthesized by using microwave-assisted synthesis (MAS) methods. While the completion of the amidation reaction in the conventional synthesis of amine-terminated PAMAMs takes 5-8 days, this step was shortened to 30-80 min by using MAS method with high yield. In the surface modification of half generation PAMAMs with Tris molecule, amidation step, which takes 2-4 days in conventional synthesis, was performed in a short time, 110-130 min, by using MAS method. In addition, the surface of Tren and Jeffamine® D230 cored generation 4.5 ester-terminated PAMAMs was modified by ~% 10 PEG bisamin molecule. Tren and Jeffamine® D230 cored amine, Tris, carboxyl-terminated, and ~% 10 PEG surface modified PAMAMs are novelty macromolecules in the literature. Synthesized PAMAMs were purified by using liquid phase polymer retention (LPR) technique and characterized by 1H NMR, 13C NMR, ATR, UV-VIS, potentiometric and spectroscopic titrations. Synthesis of dendrimers was performed in a short time, high purity and yield. In the solubility studies, the effect of Tren and Jeffamine® D230 cored and NH2, COOH, Tris and PEG-terminated PAMAMs on the aqueous solubility of various drugs was investigated and in vitro release study of a sample drug was conducted. Four different type of model drugs were selected for this aim. Two of these drugs are Naproxen and Ibuprofen, which are analgesic and non steroidal anti inflammatory drugs (NSAIDs). One is an antibiotic drug sulfamethoxazole (SMZ), and the other is Candesartan Cilexetil, which is in the class of anti-hypertensive drugs. The common property of the selected drugs is their hydrophobicity and very low water solubility. The effect of generation and surface functional groups of synthesized PAMAMs on the aqueous solubility of the studied model drugs was also investigated. In conclusion, it was observed that all of the new synthesized PAMAMs increased the solubility of studied model poor soluble drugs significantly higher than ethylenediamine (EDA) cored PAMAMs in the literature. in vitro release studies of SMZ showed that SMZ-PAMAM dendrimer complexes exhibited a slower release rates compared to pure drug SMZ. In the cytotoxicity studies on L929 cells, carboxyl-terminated PAMAMs displayed lower toxicity than PEG-terminated PAMAMs.