Epilepsi tedavisine yönelik etosüksimid içeren polilaktik asit/bizmut ferrit fiber yapıların üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ethosuximide containing polylactic acid / bismuth ferrite fiber structures for epilepsy treatment
Yazar: İZEL YİĞİT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SONGÜL ULAĞ ; PROF. DR. REZZAN GÜLHAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Epilepsi, beyindeki sinir hücrelerinin yoğun ve tekrarlayan deşarjı nedeniyle beynin farklı bölgelerindeki sinir iletiminin bozulması sonucu ortaya çıkan ve belirtilerin bir kısmının nöbetlerle ortaya çıktığı bir hastalıktır. Tedavi için kullanılan antiepileptik ilaçların (AEİ) biyoyararlanımın düşük olması ve nöbet sırasında ilaçların ağız yoluyla uygulanamaması; yeni ilaç dağıtım sistemlerine olan ihtiyacı ortaya çıkarmıştır. 
Bu çalışmada polilaktik asit (PLA)/bizmut ferrit (BFO, BiFeO3) karışımına etosüksimid ilaç takviyesi sonrası yapılan testler ile epileptik nöbetler üzerine potansiyeli incelenmiştir. Öncelikle PLA ve farklı oranlarda BFO ile hazırlanan çözeltiye belirli oranda çözücü eklenerek elektroeğirme yöntemi ile fiber üretilmiştir. PLA çözüldükten sonra elektroeğirme yöntemi ile fiber oluşumu için optimum olacak şekilde belirli oranlarda 5 mg, 7,5 mg ve 10 mg BFO ilave edilerek bir çözelti hazırlanmıştır. Hazırlanan çözeltilerden elektroeğirme ile elde edilen fiberlerin test sonuçları değerlendirilerek 5 mg BFO katkılı fiber seçilmiştir. İlaç yüklü fiberler, etosüksimid (ETX) ilacının farklı oranlarda (10 mg, 15 mg ve 20 mg) aynı prosedürlerle eklenmesiyle oluşturulmuştur. Fiberlerin morfolojik yapısı, taramalı elektron mikroskop (SEM) kullanılarak incelenmiştir. İnceleme sonucunda gerek rahat üretim yapılabilmesi gerekse fiber boyutlarının homojen dağılımına bakıldığında, 5 mg BFO katkılı numune ile çalışmaya devam edilmiştir. Diferansiyal taramalı kalorimetre (DSC) kullanılarak fiberlerin termal özelliklerine bakıldığında, saf PLA' ya nazaran BFO ve ETX ilavesiyle birlikte Tg sıcaklıklarında bir azalma (40 °C), Tm sıcaklıklarında ise artış (155 °C) gözlenmiştir. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile fiberlerin kimyasal özellikleri incelenmiş ve oluşan ana pik tüm numunelerde yaklaşık olarak 1750-1770 cm-1 aralığında bir dalga boyu ölçülmüştür fakat oluşma sürelerinde farklılıklar tespit edilmiştir. Çekme testi sonucunda mekanik özellikleri, en yüksek çekme dayanımı (2.04 ± 0.64 Mpa) % 10 PLA / 5 mg BFO / 15 mg ETX olarak karakterize edilmiştir. Vücut içi ortamı, fosfat tampon çözeltisi ile sağlanarak farklı zaman aralıklarında Ultraviyole (UV) - Spektrofotometre ile elektrik kontrollü ve elektrik kontrolsüz ilaç salım özellikleri irdelenmiş ve ETX konsantrasyonu yükseldikçe ilaç salımda yavaşlama olduğu gözlenmiştir. Şişme davranışı ve son olarak insan nöroblastoma hücre hattı kültürü (SH-SY5Y) ile hücre canlılığı testi başarıyla tamamlanmıştır. Hücre canlılığı ve çoğalmasında artış ve aynı zamanda 8 günün sonunda en yüksek şişme oranı (%340) , %10 PLA/5 mg BFO/10 mg ETX (10) numunesinde gözlenmiştir. Sonuç olarak üretilen fiberlere, BFO ve etosüksimid ilavesi ile çekme mukavemetinde artış (sırasıyla; 2.49 ± 1.01 MPa ve 2.04 ± 0.64 MPa), elektrik kontrollü ve elektrik kontrolsüz ilaç salımını yavaşlatmış, şişme ve hücre test sonlarında kabul edilebilir (sırasıyla; %340 ve %120) sonuçlara ulaşılmıştır.

Abstract:
Epilepsy is a disease that arises from the disruption of nerve conduction in different parts of the brain due to intense and repetitive discharge of nerve cells, and some of the symptoms manifest through seizures.   The low bioavailability of antiepileptic drugs (AEDs) used for treatment and the inability to administer drugs orally during seizures have highlighted the need for new drug delivery systems.
Based on the results of a literature review, the objectives and goals of the thesis have been determined. In this study, the effect of ethoxysuccinimide drug supplementation to polylactic acid (PLA)/bismuth ferrite (BFO, BiFeO3) mixture on epileptic seizures was investigated through tests conducted. Initially, fibers were produced using the electrospinning method by adding a certain amount of solvent to a solution prepared with PLA and different ratios of BFO. A solution was prepared by mixing 10% PLA into 20 ml of chloroform as the solvent. After dissolving PLA, a solution was prepared by adding 5 mg, 7.5 mg, and 10 mg of BFO in specific ratios to achieve optimum fiber formation using the electrospinning method. The test results of the fibers obtained by electrospinning from the prepared solutions were evaluated, and the fiber with 5 mg BFO addition was selected. Drug-loaded fibers were created by adding ethoxysuccinimide drug in different ratios (10 mg, 15 mg, and 20 mg) through the same procedures. The morphological structure of fibers was examined using scanning electron microscopy (SEM). Based on the examination results, both for ease of production and the homogeneous distribution of fiber sizes, the study continued with a sample containing 5 mg of BFO additive. When the thermal properties of fibers were investigated using differential scanning calorimetry (DSC), a decrease in Tg temperatures (40 °C ) and an increase in Tm temperatures (155 °C) were observed with the addition of BFO and ETX compared to pure PLA. The chemical properties of fibers were examined using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and the resulting main peak was measured at approximately 1750-1770 cm-1 in all samples. However, differences were detected in the formation times. Mechanical properties were characterized through tensile testing, with the highest tensile strength (2.04 ± 0.64 MPa) identified in the sample with 10% PLA / 5 mg BFO / 15 mg ETX. In an in vitro environment provided with a phosphate buffer solution, UV-Spectrophotometry was employed to examine the drug release properties at different time intervals, both electrically controlled and uncontrolled. It was observed that as the ETX concentration increased, there was a slowdown in drug release. Swelling behavior was investigated, and finally, a cell viability test with the human neuroblastoma cell line (SH-SY5Y) was successfully completed. An increase in cell viability and proliferation, along with the highest swelling ratio (%340), was observed in the sample with 10% PLA/5 mg BFO/10 mg ETX (10). In conclusion, the addition of BFO and ethosuximide to the produced fibers resulted in increased tensile strength (Successively; 2.49 ± 1.01 MPa and 2.04 ± 0.64 MPa.), slowed electrically controlled and uncontrolled drug release, and acceptable results in swelling and cell tests.