Hiyalüronik asit esaslı mikro/nano boyutlu antibakteriyel ilaç taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi, enzim ve pH'a duyarlılıklarının incelenmesi
Development of hyaluronic acid based micro/nano sized antibacterial drug delivery systems, investigation of enzyme and pH responsivity
Yazar: GÜLŞAH BAKIRDÖĞEN
Danışman: PROF. DR. SERAP DERMAN ; DOÇ. DR. MUHAMMET ÜBEYDULLAH KAHVECİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Antimikrobiyal direnç (AMR), günümüzde dünya çapında insan sağlığını tehdit eden en önemli unsurlardan biri haline gelmiştir. Bu sorunun ortadan kaldırılması için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar arasında ise lokal ve isteğe bağlı salım yeteneğine sahip yeni ilaç salım sistemleri, AMR'nin önlenmesinde umut verici yaklaşımlardan biridir. Bu bağlamda tez kapsamında, bakteri enzimi varlığında veya pH ile tetiklenerek ilaç salımı yapabilecek, nano yapılı polimerik ilaç taşıyıcı bir sistemin geliştirilmesi ve biyolojik etkinliğinin değerlendirilmesi hedeflenmiş ve iki farklı sistem geliştirilmiştir. İlk olarak hiyalüronik asit temelli nanokapsül yapılı bir sistem tasarlanmıştır. Bu sistemin hazırlanmasında yüzeyler arası (interfacial) tetrazin Diels-Alder Click Reaksiyonu yöntemi kullanılmıştır. Boya yüklü nanokapsüller sentezlenmiş ve bu yapıların enzimle salım davranışları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda alternatif bir yöntem ve yapı geliştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Tasarlanan bu alternatif çalışmada negatif yüklü olan hiyalüronik asit (yüksek veya düşük moleküler kütleli) ile pozitif yüklü ve pH'a duyarlı olan poli(β-amino ester) arasında fiziksel etkileşimle gerçekleştirilen, içerisinde antibiyotik (kolistin sülfat veya vankomisin) yüklü olan nanokompleksler elde edilmiştir. Sentezlenen maddeler NMR, FT-IR ve UV-Vis spektroskopileri ile karakterize edilmiştir. Boyut ve topolojik karakterizasyonları dinamik ışık saçılımı (DLS) ve taramalı geçirimli elektron mikroskobu (STEM) ile yapılmıştır. Elde edilen yapıların antibiyotik salım çalışmaları enzim ve pH duyarlılığı kapsamında floresans spektroskopisi ile incelenerek sistemin antibakteriyel aktivitesi tayin edilmiştir. Antibiyotik yüklü nanokomplekslerin, E. coli ve S. aureus bakterilerine karşı önemli ölçüde daha fazla etkinlik gösterdiği gözlemlenmiştir. Sonuçların değerlendirilmesiyle, enfeksiyon hastalıkların tedavisinde kullanılabilecek etkili bir ilaç salım sistemi geliştirildiği ortaya konulmuştur.

Abstract:
Antimicrobial resistance (AMR) has become one of the most important threats to human health worldwide today. There are various efforts for elimination of this serious issue. Among these efforts, novel drug delivery systems with ability of local and on-demand delivery are one of the promising approaches for preventing AMR. In this regard, within the scope of thesis, it is aimed to develop a nano-structured polymeric drug delivery system that can be triggered in the presence of bacterial enzyme and pH, and to evaluate its biological effectiveness. In this context, two different systems have been developed. First, a hyaluronic acid-based nanocapsule system was designed. In the preparation of this system, the interfacial tetrazine Diels-Alder Click Reaction method was used. Dye-loaded nanocapsules were synthesized and the enzyme release behavior of these structures was investigated. According to the preliminary results, an alternative structure and approach was developed to improve the system. In the second approach, the nanocomplexes loaded with antibiotics (colistin sulfate or vancomycin) were obtained by physical interaction between negatively charged hyaluronic acid (high or low molecular mass), and positively charged and pH sensitive poly(β-amino ester). The synthesized intermediate molecules and polymers were characterized by NMR, FT-IR and UV-Vis spectroscopy. Dimensional and topological characterizations of particulate structures were made by dynamic light scattering (DLS) and a scanning transmission electron microscopy (STEM). Antibiotic release potentials of the obtained structures were examined by fluorescence spectroscopy in terms of enzyme and pH sensitivity, and the antibacterial activity of the system was determined. It has been observed that the nanocomplex loaded with the antibiotics exhibited significantly greater efficacy against E. coli and S. aureus. By evaluating the results, it has been revealed that an effective drug delivery system that can be used in the treatment of infectious diseases has been developed.