Yeni kitosan modifiye ürünlerinin eldesi ve biyolojik aktivitelerinin belirlenmesi
Preparation of new chitosan products and investigation of their biological activations
Yazar: SAMET KOCABAY
Danışman: PROF. DR. BİRNUR AKKAYA
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Kitosan (Cs) doğada en çok bulunan polisakkaritlerden birisidir. Kaynak olarak yengeç, böceklerin dış iskeleti, mantarlar, bazı fungus ve yeşil alglerin hücre duvar yapılarında bulunan kitinden elde edilmektedir. Biyouyumluluk, antimikrobiyal, antifungal, antikoagülant ve antikanser özelliklerinden dolayı ilaç sanayisinden gıda endüstrisi uygulamaları için ilgi odağıdır.
Bu nedenle metastazı önlemeye yönelik oleik asit sülfatlanmış kitosan (OlcShCs) hazırlanarak biyolojik ve kimyasal karakteristik özellikleri araştırıldı ve orijinal kitosan ile karşılaştırıldı. Bunun için kitosan ve türevi FTIR, NMR, DSC, TGA ve DTA analizleri yapıldı ve kimyasal karakterizasyonu yapıldı. Akabinde kitosan türevinin antimikrobiyal, antifungal ve antikanser aktiviteleri araştırıldı.
CS ve OlcShCs'nin FT-IR spektrumları karşılaştırıldığında CS'nin karakteristik spekrumları; 1646 cm−1 C=O amide-I gerilmesi (stretching)), 1568 cm−1 N-H amide-II bağlanması ve 1374 cm−1 C-N amide-III gerilmesini göstermektedir. Modifikasyon sonrası açil olmayan birincil amin grubuna karşılık gelen 1568 cm−1 pik kaybolurken, 1634 cm-1'de açığa çıkmaktadır. Bu durum modifiye kitosanda amid bağının varlığını göstermektedir. Ayrıca 1732 cm-1 ester bağının karbonil grubunun karakteristik pikidir. Bu bağ kitosanın hidroksil grubu ile oleik asitin karboksil grubu arasında açığa çıkmaktadır. Dolayısıyla yapıda N-açilasyonun açığa çıktığını göstermektedir. 788 ve 1207 cm-1'de yeni açığa çıkan FT-IR bantları ise sırasıyla sülfo gruplarının C–O–S and O-S–O bağ gerginliğine karşılık gelmektedir. H1 NMR analiz sonucuna bakıldığında 2.4 ppm'deki pik N-asetil glukozamin grubunun N-asetil protonlarına karşılık gelmektedir. 3.6 ppm'deki pik ise deasetile glukozamin kalıntılarının H-2 protonuna denk gelmektedir. Kitosanın oleik asit ile kimyasal modifikasyonu [-CH2-CO] 1.4 ppm'deki pik ile doğrulandı. Cs molekülünün E. coli CICC 21524, B. subtilis ATCC 21332, S. epidermidis ATCC 12228, C. albicans ATCC 60193  türlerine karşı sırasıyla %99.18±3.09, %87.50 ± 0.48, %100 ± 0, %12.90 ±3.4 antimikrobiyal etkiye sahip olduğu görüldü. Aynı konsantrasyonda OlcShCs molekülünün E. coli CICC 21524, B. subtilis ATCC 21332, S. epidermidis ATCC 12228, C. albicans ATCC 60193 türleri üzerine sırasıyla antimikrobiyal etkisi  %0 ±6.69, %6.66 ±1.25, %59.13 ±4.97, %21.26 ±2.17 olarak saptandı. HeLa kanser hücrelerine karşı sitotoksik etkisi 24 saat için IC50 değeri 81.57±5.30 μg/ml bulundu. Sonuç olarak yeni sentezlediğimiz kitosan türevi molekül kitosana göre genel anlamda daha düşük antimikrobiyal etki gösterdiği, HeLa hücrelerine karşı kitosan türevinin sitotoksik etki gösterdiğinden dolayı potansiyel ilaç adayı olabilir.

Abstract:
Chitosan is one of the most abundant polysaccharide in nature. It is derived from chitin which is found in crustaceans, insects, mushrooms and cell walls of certain fungi and green algae and their mainly skeleton structures. Because of its functional properties such as biocompatibility, antimicrobial, antifungal, research scientists are interested to increasing the application area from medicine, drug to food industry.
We have prepared oleic acid sulfated chitosan (OlcShCs) to determine its characteristic properties such as chemicals and biologicals. Medium molecular weight chitosan was used to synthesis   the   oleic acid sulfated chitosan. The structure of the products was characterized using various spectroscopic and analytical methods such as FTIR, NMR, DTG, DSC and TGA. The new molecule was investigated in terms of antimicrobial, antifungal and anticancer activities. 
We can compare the FT-IR spectra of chitosan (Cs) and OlcShCs. The FT-IR spectrum of Cs exhibited characteristic bands of 1646 cm−1 (C=Ostretching of amide-I), 1568 cm−1 (N-H bending of amide-II) and 1374 cm−1 (C-N stretching of amide-III). After modiﬁcation, the vibrational band corresponding to the non-acylated primary amine group at 1568 cm−1 disappeared and the peak at 1634 cm−1 appeared which shows the presence of amide bond in the modiﬁed Cs. Furthermore, the peak which was observed at 1732 cm−1 is the characteristic peak of carbonyl group of ester, which is formed between carboxyl groups of oleic acid and hydroxyl groups of Cs. That means N-acylation occurred in the structure. The new FT-IR spectrum bands at 788 and 1207 cm−1, are due to sulfo groups (C–O–S and O-S–O bond stretching, respectively). These results show that the sulfate groups, oleic acid are introduced into chitosan successfully. The H1 NMR spectrum peak at 2.4 ppm was due to N-acetyl protons of N-acetyl glucosamine while the peak at 3.6 ppm was due to an H-2 proton deacetylated glucosamine residues. The chemical modification of chitosan by oleic acid was confirmed by the peaks at 1.4 ppm [-CH2-CO]. The chitosan showed 99.18%±3.09, 87.50% ±0.48, 100%± 0, 12.90% ±3.4 antimicrobial activity at 1% concentration for E. coli CICC 21524, B. subtilis ATCC 21332, S. epidermidis ATCC 12228, C. albicans ATCC 60193 strains respectivelly. The modified chitosan also showed 0% ±6.69, 6.66% ±1.25, 59.13% ±4.97, 21.26% ±2.17 antimicrobial activity at 1% concentration for E. coli CICC 21524, B. subtilis ATCC 21332, S. epidermidis ATCC 12228, C. albicans ATCC 60193  respectivelly.  The IC50 value was found 81.57±5.30 μg/ml at 24 hours for HeLa cancer cell line. The new synthesed molecule showed anticancer effect to HeLa cell line and showed antimicrobial activity. Depend on these properties, ıt can be candidate for drug in future.