Işınlama sonucunda beta-laktam grubu bazı antibiyotiklerde oluşan ara ürünlerin ESR yöntemi ile incelenmesi
Investigation of radiolytical intermdiates produced by radiation in some beta-lactum antibiotics using ESR method
Yazar: SEMRA TEPE
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KORKMAZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
İlaç üretiminde önde gelen önemli hususlardan biri de steril olmuş birim dozpreparasyonlarının hazırlanmasıdır. Preparasyonların mikroorganizmalardanarındırılması klasik sterilizasyon teknikleri ile yapıldığında, özellikle sıcaklığa duyarlıilaç ve ilaç etkin maddelerinde, ciddi boyutlarda degradasyonlar ortayaçıkabilmektedir. Bu sakıncayı ortadan kaldırmak ya da hiç değilse azaltmak içingünümüzde yüksek enerjili radyasyonun kullanılması yoluna gidilmektedir. Başkadeyimle günümüzde biyolojik kökenli ürünlerin ve ilaçların sterilizasyonu için dahaçok yüksek enerjili radyasyonun kullanılması tercih edilmektedir. Bu tezçalışmasında, beta-laktam ailesine giren antibiyotiklerin hazırlanmasında ilaç etkinmaddesi olarak kullanılan biri karbapenem (Meropenem trihidrat) diğer ikisi penisilin(piperasilin monohidrat ve sultamisilin tosilat) grubuna dahil olan üç bileşiğinradyasyon duyarlıkları incelenerek bu etkin maddeleri içeren ilaçların radyasyonlasterilizasyonlarının yapılıp yapılamayacakları araştırılmıştır. Bileşiklerradyosterilizasyon için uluslararası kabul gören doz limitleri içerisinde kalınarak 1, 3,6, 10 ve 15 kGy doz değerlerinde gamma ışınları ile ışınlanmış ve ışınlamasonucunda bu bileşiklerde oluşan radyolitik ara ürünlerin miktarları, mikrodalgadoyum davranışları, sıcaklığın bu ara ürünler üzerine etkileri, odqa ve yükseksıcaklıklardaki kararlılıkları ESR spektroskopisi yardımı ile incelenmiştir.Işınlanan piperasilin monohidratın iki, sultamisilin tosilatın beş ve üçüncü bileşik olanmeropenem trihidratın daha çok sayıda olmak üzere karmaşık sayılabilecekkarakteristik rezonans tepesine sahip oldukları gözlenmiştir. Örneklerin ESRspektrumlarının mikrodalga gücüne bağlı değişimleri; 0,1-20 mW aralığındaincelenerek spektruma katkı getiren olası radikal türleri belirlenmeye çalışılmıştır.Daha sonra sıcaklığın bu radikal türleri üzerine olan etkileri araştırılmış ve bu amaçlaörnek sıcaklığı 100-410 K arasında değiştirilerek spektrumlarda oluşan olasıdeğişimler gözlenmeye çalışılmıştır. Sinyal şiddetlerinin düşük sıcaklıklarda artarkenyüksek sıcaklıklarda azaldıkları belirlenmiştir. Ancak, spektrumların genelgörünüşlerinin değişmediği görülmüştür. Sinyal şiddetlerinde düşük sıcaklıklardagözlenen artışların tersinir, yüksek sıcaklıklardaki azalmaların ise tersinir olmadığısaptanmıştır. İki ay süre ile oda sıcaklığında bekletilen örneklerin sinyal şiddetlerindezamanla ortaya çıkan olası değişimler incelenmiş ve tüm rezonans tepeleri ile ilgilişiddetlerin başlangıçta hızlı bir sönüm gösterdikleri ancak zaman ilerledikçe busönüm hızının azaldığı gözlenmiştir. Sinyal şiddeti sönüm verilerine en iyi uyankuramsal fonksiyonlar araştırılmış ve bu yolla spektruma katkı getiren radikal türlerive bunların oda sıcaklığındaki sönüm sabitleri belirlenmiştir.Yüksek sıcaklıklarda değişik sürelerle tavlanan örneklerin sinyal şiddetlerindegözlenen azalmalar dikkate alınarak deneysel spektrumun oluşumuna katkı getirenradikal türlerinin sönüm aktivasyon enerjileri hesaplanmış ve bulunan değerlerinbenzer molekül yapısına sahip olan bileşikler için literatürde elde edilen değerlerleuyumlu olduğu belirlenmiştir. Ancak, sultamisilin tosilat örneği ile ilgili tavlamabulgularına anlamlı sayılabilecek bir veri uyarlama işlemi yapılamadığından, bubileşikte oluşan kökçe türlerinin aktivasyon enerjileri hesaplanamamıştır. Ayrıca tümörnek türleri için doz-cevap eğrileri oluşturulmuş, bu eğrilerden yararlanarakincelenen bileşiklerin dozimetre malzemesi olarak kullanılıp kullanılamayacaklarıaraştırılmıştır. Meropenem trihidrat bileşiğinin bu amaçla kullanılabileceği sonucunavarılmıştır.Tüm bu incelemelerin sonucunda, meropenem trihidrat örneği ESR spektrumununoluşumuna değişik ağırlık oranlarında olmak üzere dört; piperasilin monohidrat vesultamisilin tosilatın spektrumlarına da yine değişik ağırlık oranlarında olmak üzere ikifarklı türde radikalin katkı getirdikleri yargısına varılmıştır. Moleküler yapılar dikkatealınarak bu radikallerin oluşum tepkimeleri için öneriler yapılmıştır. Önerilen radikaltürlerinin ve bunların oluşum mekanizmalarının ancak spektrum simülasyonhesaplamalarının tamamlanması ile kesinlik kazanabileceğini belirtmek gerekir.Oldukça düşük sayılabilecek radyasyon verimine sahip olmaları nedeniyle her üçetkin maddeyi içeren ilaçların radyasyonla sterilizasyona uygun oldukları sonucunavarılmıştır.ANAHTAR KELİMELER: ESR, sterilizasyon, radyasyonla sterilizasyon, beta-laktamantibiotikler, meropenem trihidrat, piperasilin monohidrat, sultamisilin tosilatDanışman: Prof.Dr. Mustafa KORKMAZ, Hacettepe Üniveristesi, Fizik MühendisliğiBölümü, Atom ve Molekül Fiziği Anabilim Dalı.

Abstract:
Particular interest now centers on the preparation of steril-unit dose preparations.When preparations are purified from microorganisms using classic sterilizationtechniques, serious degradations may occur especially in temperature sensitivedrugs and drug active components. In order to remove or at least reduce thisdrawbacks, use of high energy radiation now become popular. In other words, theuse of high energy radiation for sterilization of bioproducts and pharmaceuticals isnow preferred to the other techniques. In this M.S. work, radiation sensitiveness ofthree compounds, one of them is included in carbapenems and the others areincluded in penicillins groups which used as active drug components while preparingbeta-lactam antibiotics were investigated and searched whether these drugs can besterilized by radiation or not. Compounds were irradiated by gamma rays at 1,3,6,10and 15 kGy irradiation doses. These dose values stay in the international dose limitsaccepted for radiation sterilization. After that, the amounts, microwave saturationbehaviours, stability at room and high temperatures of the radiolytic intermediatesproduced in the samples after irradiation and effects of temperatures on theseintermediates were investigated by Electron Spin Resonance (ESR) spectroscopy.It is observed that the irradiated piperacillin monohydrate has two, sultamicillintosylate has five and the third sample called meropenem trihydrate has still muchmore characteristic resonance peaks making complex the ESR spectra. Themicrowave dependent variations of ESR spectra for all the samples were examinedin the range of 0.1-20 mW to determine the possible radical species contributing tothe experimental spectra. Afterwads, the effects of temperature on these radicalspecies were investigated and for this aim, possible changes arising in spectra weretried to observe while changing sample temperature in the range of 100 and 410 K.While the signal intensities of the spectra were increased at low temperatures, theywere found to decrease at high temperatures. However, it was observed that thegeneral patterns of the spectra did not change. Whereas the increases of the signalintensities at low temperatures were reversible, their decreases at high temperatureswere not. The samples were stored at room temperature for two months and thechanges in the signal were examined. The intensities related to all resonance peaksshowed fast decay at the beginning of storage period, but as time passed the rate ofthese decays were observed to decrease. Theoritical functions describing well thesignal intensity decay data were searched and by this way radical speciescontributing to experimental spectra and their room temperature decay constantswere determined.The decay activation energies of the radical species contributing to ESR spectrawere calculated by taking into consideration the signal intensities decay data of thestudied compounds annealed at high temperatures for different period of time and itwas found that the calculated values were correlated well with those obtained in theliterature for samples exhibiting similar molecular structure. However, it was notpossible to calculate activation energies of radical species produced in sultamicillintosylate due to lack of reliable signal intensity decay data at high temperature for thiscompound. Moreover, the dose-response curves were constructed for all the samplespecies and by using the data obtained from these curves, an evaluation was madewhether investigated compounds can be used or not for dosimetric purposes. It wasconcluded that meropenem trihydrate can be used for this purpose.As a result of these investigations, it was concluded that, four and two differentradical species contributed with different weights to the formation of experimentalESR spectra of meropenem and both piperacillin monohydrate and sultamicillintosylate, respectively. By taking into consideration molecular structures, differentpropositions were made concerning the formation reactions of these radicals. It isneeded to state that proposed radical species and their formation mechanisms canonly become definite after completion of spectrum simulation calculations. However,it was found that the drugs including these compounds as active ingredients weresuitable for radiation sterilization since they have rather low radiation yield.KEY WORDS: ESR, sterilization, radiation sterilization, beta-lactam antibiotics,meropenem trihydrate, piperacillin monohydrate, sultamicillin tosylateAdvisor: Prof. Dr. Mustafa KORKMAZ, Hacettepe University, Department ofPhysics Engineering, Atom and Molecul Physics Section.