İnsülinin polimer taşıyıcılar ile konjugasyon reaksiyonlarının incelenmesi
Analysis of insulin conjugation reactions with carrier polymers
Yazar: ÖZLEM HORZUM
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ZEYNEP AKDESTE ; DR. YASEMİN BUDAMA KILINÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Biyokonjugasyon yeni bir kompleks oluşturmak için iki ya da daha fazla molekülün farklı özelliklerinin biraraya getirilmesiyle bağlanmasını içerir. Son yıllarda malzeme bilimi polimerik malzemelere odaklanmıştır. Polimerler üzerinde istenen değişiklikler kolay ve kontrollü olduğundan, polimerler çeşitli biyolojik uygulamalarda kullanılmaktadır. Polimerler ilaç salımı, antijen salımı, doku mühendisliği, medikal cihaz implantasyonu gibi medikal uygulamaların yanında biyoteknolojinin birçok uygulamasında da yer almaktadır. Polimerler ilaç, peptid, hormon vb. yapıların vücuda iletilmesinde taşıyıcı rolü oynamaktadırlar.
İnsülin vücuttaki şeker metabolizmasında önemli bir rol oynamaktadır. İnsülin aktivitesinin yetersizliğinde ortaya çıkan diyabet hastalığına karşı geleneksel yöntemlerin yetersiz olması araştırmacıları aktiviteyi arttıran yeni yöntemler araştırmaya yöneltmiştir. İnsülin uygulaması sadece parenteral yolla yapıldığı için, oral, nazal, rektal, pulmoner ve oküler gibi farklı uygulama yolları üzerinde geniş ölçüde araştırmalar yapılmaktadır. İnsülin moleküllerinin anyonik polimerlerle biyokonjugatları ve insülinin nanokapsüller, nanoküreler ya da mikroküreler gibi biyobozunur nano ve mikro yapılarda enkapsüle edilmesi insülin aktivitesini arttıran yöntemler olarak sıralanır.
Bu tez kapsamında farklı polimerlerle insülin biyokonjugatları oluşturularak diyabet hastalığının tedavisi için kontrollü ilaç salınım sistemi tasarlanmıştır. Bu doğrultuda lineer yapılı Poliakrilik asit ve küresel yapıdaki Poli(laktik-ko-glikolik asit) nanopartikülleri olmak üzere iki farklı polimer kullanılmıştır: (i) İlki lineer anyonik bir polimer olan ve yüksek mukoadeziflik ve özellikle düşük molekül ağırlıklarında düşük toksisitesine bağlı olarak en çok çalışılan mukoadezif polimerlerden biri olan PAA polimeridir. (ii) İkinci olarak, poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) biyopolimeri bir haftadadan birkaç aya kadar sürekli etki gösteren kontrollü ve destekleyici ilaç iletim sistemi olarak kullanılmaktadır. PLGA çoklu enjeksiyon, yüksek toksisite gibi sorunları aşmak ve kısa in vivo yarı ömürlü molekülleri koruyarak istenen tedavi etkisini sağlamak amacıyla tercih edilmektedir.
Bu tez çalışmasında insülinin poliakrilik asit (PAA) ile kovalent biyokonjugatı sentezlenmiş ve ayrıca poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) kullanılarak insülin nanopartikülleri elde edilmiştir. Elde edilen kovalent biyokonjugatlar GPC, UV spektrofotometri, Zetasizer, Floresans spektrofotometre cihazlarıyla incelenmiştir. Poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) polimeriyle oluşturulan insülin nanopartikülleri zetasizer ve FTIR yöntemiyle analiz edimiştir. İnsülinin nanopartikül içine yükleme verimi hesaplanmıştır. Atomik kuvvet mikroskobu ile nanopartikül oluşumu incelenmiştir.
Bu tez çalışmasının, lineer polimer ve polimerik nanopartiküller ile tasarlanan insülin-polimer biyokonjugatları ve nanopartikülleri kullanılarak insülin kontrollü ilaç salım sistemlerinin oluşturulmasıyla ilgili çalışmalara ışık tutması hedeflenmektedir.

Abstract:
Bioconjugation includes combining different properties of two or more molecules to form a new complex. Recently, materials science has focused on softer materials such as polymers. Since the desired modification on the polymer is controlled and easy, polymers are used in various biological applications. Polymers are used in various medical applications such as drug release, antigen release, tissue engineering and also in many applications of biotechnology. Insulin plays a central role in glucose metabolism in the body. Because the traditional methods for diabetes arising due to inadequacy of insulin activity is inadequate, researchers focus on new methods to improve activity. Since parenteral administration is the only route for insulin treatment, it has been extensively investigated new routes such as oral, nasal, rectal, pulmonary and ocular. Bioconjugation of insulin with anionic polymers or encapsulation of insulin in biodegradable nano and micro structures such as nanocapsules, nanospheres or microspheres is considered the methods to enhances the insulin activity. In scope of this thesis, it was designed controlled drug delivery system forming insulin bioconjugates with different polymers for diabetes treatment. Accordingly, it was used two different polymers: (i) First, a linear anionic polymer, PAA, is the one of the most popular mucoadhesive poymer due to its high mucoadhesive functionality, low toxicity especially with low molecular weight. (ii) Secondly, poly ( lactic -co -glycolic acid) ( PLGA) polymer is used as a controlled and sustained drug delivery system with continous effect from one week to several months. PLGA is preferred to overcome problems such as multiple injections and high toxicity and provide the desired therapeutic effect by protecting the molecules with short in vivo half- life. In this thesis study, it was synthesized covalent bioconjugate of insulin and polyacrylic acid and obtained insulin nanoparticles using poly(lactic-co-glycolyc acid). The obtained bioconjugates were analysed with GPC, UV spectrophotometry, Zetasizer, Fluorescence spectrophotometry. Insulin nanoparticles formed by poly(lactic-co-glycolyc acid) polymers were analysed with Zetasizer and FTIR. Nanoparticle formation was investigated with Atomic Force Microscobe. In this thesis study, it aims to provide an insight for future studies related to insulin controlled drug release systems using insulin-polymer bioconjugates and nanoparticles designed with linear polymer and polymeric nanoparticles.