Akciğer ara yüzey modelinde kan proteinleri - sentetik surfaktant/lipid karışımlarının dinamik adsorpsiyon davranışına molekül yapısı etkisinin incelenmesi
Effect of the molecule structure to the dynamic adsorption behavior of blood proteins - synthetic surfactant/lipid mixtures at the interface model of lung
Yazar: GÖKÇE DİLLİ
Danışman: PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Fibrinojen = Fibrinogen ; Lipidler = Lipids ; Yüzey aktif maddeleri = Surfactants

Özet:
Endüstride bir çok alanda sıklıkla kullanılan yüzey aktif maddeler (surfaktantlar), akciğerlerimizde de doğal olarak bulunmakta ve yaşamın sürdürülebilmesi için kritik önemi olan solunumu sağlamaktadır. Ağır yaralanma, şiddetli kanama ve travma sonucu kan proteinlerinin alveol hava boşluğuna sızmaları ve alveol ara yüzeyine akciğer surfaktant karışımından daha hızlı ve geri dönüşümsüz bir şekilde adsorbe olarak surfaktant karışımını inaktive etmeleri nedeniyle solunum düzgün şekilde gerçekleştirilememekte ve ölümcül olan yetişkin tip solunum zorluğu sendromu (ARDS) görülmektedir. Günümüzde ARDS tedavisi etkili bir şekilde yapılamamaktadır. Solunumun çok hızlı gerçekleşen ve sürekli devam eden döngüsel bir proses olduğu düşünüldüğünde, geliştirilen alternatif ilaçların dinamik davranışı ve kan proteinleriyle etkileşimi büyük önem kazanmaktadır. Bu kapsamda yapılan çalışmada ara yüzeyde akciğer yüzey aktif madde karışımındaki SP-B proteininin bazı özelliklerini gösterebildiği ve karışımın yüzey gerilimini düşürebilmesini sağlayan başlıca lipid olan dipalmitolfosfatidilkolin (DPPC) ile karışıp sinerjik etkileşime girebildiği bilinen C43H90NO10+C8F17O3S- (IPL) molekülünün, RDS'de tedavi amacıyla kullanılan ve gerçek akciğer karışımına içerik açısından yakın olan Infasurf® ilacının ve surfaktant inaktivasyonuna yol açan kan proteinleri arasında en problematik olan fibrinojen proteininin (FB) çeşitli koşullarda dinamik adsorpsiyon özellikleri, ara yüzey özellikleri ve birbirleri ile etkileşimi incelenmiştir. Dinamik adsorpsiyon ölçümleri askıda damla (pendant drop) cihazı ile gerçekleştirilmiş ve farklı ara yüzeylerde IPL molekülünün difüzyon katsayısının Infasurf®'e oranla çok daha büyük olduğu ve dolayısıyla ara yüzeye daha hızlı adsorbe olabildiği belirlenmiştir. Askıda damla metoduyla gerçekleştirilen farklı deney modellerinde Infasurf®'e benzer olarak IPL molekülünün tek başına ya da belirli karışım oranlarında DPPC ile birlikte bulunduğunda fibrinojenin inaktivasyonuna uğramadığı, tam tersine fibrinojenin ara yüzeye adsorbe olmasını kısmi olarak engellediği görülmüştür. Örneğin 50 ppm derişimindeki fibrinojen çözeltisinin yüzey gerilimini düşürebilmesi için geçen sürenin (indüksiyon periyodu) 25 saniye sürdüğü belirlenmiştir. Aynı protein konsantrasyonu için ara yüzeyde IPL bulunurken bu sürenin 40 saniye, molce %80 DPPC - %20 IPL karışımı bulunurken ise 71 saniyeye yükselmesi IPL'nin fibrinojenin ara yüzeye adsorpsiyonunu yavaşlattığını ve DPPC ile sinerjik etkileşime girebildiğini göstermektedir. Aynı süre, Infasurf® ara yüzeyde bulunurken 35 saniye olarak ölçülmüştür. Çalışma kapsamında maddelerin hava/sıvı ara yüzeyinde gösterdikleri özellikler, birbirleri ile etkileşimleri ve fibrinojenin ara yüzeyde oluşturulan surfaktant tabakasının özelliklerine etkisi Langmuir ? Blodgett (LB) cihazı ile incelenmiştir. Askıda damla ölçümlerine paralel olarak, surfaktant inaktivasyonu modellendiğinde IPL'nin sisteme katılması ile fibrinojenin ara yüzeye adsorpsiyonu IPL'nin molekül yapısı sayesinde kısmi olarak engellenmiş, DPPC'nin döngüsel davranışı iyileştirilmiş, ara yüzeydeki madde kaybı azaltılmıştır. Akciğer ara yüzey modeli olarak Infasurf® kullanıldığında ise alt faza IPL enjekte edilmesiyle, fibrinojenin Infasurf®'ün ara yüzey özelliklerine yaptığı negatif etkinin giderildiği belirlenmiştir. Yapılan FT-IR analizleri ile IPL'nin ara yüzeyde bulunduğu durumlarda ara yüzeye adsorbe olan fibrinojen miktarının %92 oranına kadar azaltılabildiği görülmüştür.

Abstract:
In addition to their wide usage in industrial applications, surfactants also naturally occur in lungs and provide breathing, which is a critical function for sustaining our lives. Respiration cannot be maintained fluently because of the serum proteins to inactivate the lung surfactant mixture by adsorbing faster and in an irreversible way to the alveoli interface, which is caused by severe bleeding, injury, and trauma. This is a mortal syndrome called as Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS). At the present time ARDS treatment cannot be achieved effectively. Since respiration is a rapid and continuously occurring cyclic process; investigation of dynamic behavior of newly developing surfactant replacements and their interaction with serum proteins is vital. Within the scope of this study, interfacial properties and interactions of C43H90NO10+C8F17O3S- (IPL), Infasurf® and fibrinogen, the most problematic serum protein, are investigated. IPL is a newly designed and synthesized molecule, which can mimic selected properties of SP-B and shows positive synergistic interaction when mixed with DPPC. On the other hand, Infasurf® is an effective surfactant mixture which is used in surfactant replacement therapy in case of Respiratory Distress Syndrome (RDS). ARDS shares similar symptoms with RDS; however, it cannot be treated completely as in RDS. Dynamic adsorption measurements have been performed by pendant drop method and it has been determined that the IPL molecule has a much higher diffusion coefficient than that of Infasurf® at different interfaces and so can be adsorbed at the interface more quickly. Furthermore, it is observed that when presented alone or mixed with DPPC at certain mole ratios; similar to Infasurf®, IPL not only remains unsubjected to fibrinogen inactivation but also partially prevents the adsorption of fibrinogen at the interface. For example, the induction period obtained for 50 ppm fibrinogen after the injection is determined as 25 seconds. For the case, when IPL presents at the interface, the induction period is determined as long as 40 seconds for the same protein concentration. This period is increased up to 71 seconds in the presence of %80 DPPC - %20 IPL mixture at the interface. These results show that IPL can delay the adsorption of fibrinogen when alone or mixed with DPPC. For the same conditions, in case where Infasurf® presents at the interface, induction period is measured as 35 seconds. Interfacial properties and interactions of IPL, DPPC-IPL mixtures and Infasurf®, and effect of fibrinogen on interfacial properties of preadsorbed surfactant layers are also investigated by using Langmuir ? Blodgett (LB) mini trough. Parallel to results which are obtained from pendant drop measurements; when IPL is included in the system, fibrinogen adsorption to interface is partially prevented owing to IPL?s unique molecular structure. In addition, hysteresis behavior of DPPC in enriched and lipid loss from interface due to adsorption of fibrinogen is decreased by the inclusion of IPL in the interface. It is determined that the negative effect of fibrinogen on the interfacial properties of the natural lung model created by Infasurf® is eliminated when IPL is injected to the sub phase. This is also confirmed by FT-IR analyses, which indicate that there is up to 92% decrease in the amount of adsorbed fibrinogen when IPL is presented at the interface.