Poli(Bütilenadipat-ko-Tereftalat) (PBAT) mikro ve nanopartiküller: Sentez, karakterizasyon ve kurkumin salım kinetiğinin incelenmesi
Poly(butylene adipate-coterephthalate) (PBAT) micro and nanoparticles: Synthesis, characterization and investigation of curcumin release kinetics
Yazar: EBRU TAMAHKAR
Danışman: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması "Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) Mikro ve Nanopartiküller:
Sentez, Karakterizasyon ve Kurkumin Salım Kinetiğinin İncelenmesi" adlı ve FHD-
2016-11953 kodlu Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi ve 2210-C
TÜBİTAK Öncelikli Alanlara Yönelik Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı desteği
ile gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, alifatik-aromatik bir kopoliester olan
poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT)'ın ilaç salım sistemlerindeki etkinliğinin
araştırılması hedeflenmiştir. Bu amaçla PBAT mikro ve nanopartiküllerin sentez ve
karakterizasyonlarının ardından doğal, antikanserojen nitelikli bir ilaç olarak son
yıllarda öne çıkan kurkuminin partiküllere yüklenmesi ile in-vitro salımı
gerçekleştirilmiş ve partiküllerin hücre kültür sistemlerindeki sitotoksik etkisi
belirlenmiştir.
İlk basamakta, kurkumin yüklü olmayan PBAT partiküller sentezlenmiştir. Elde
edilen sonuçlar doğrultusunda en uygun morfolojik özellikteki mikro ve nano
boyutta iki farklı partikül seçilmiştir ve çalışmanın diğer kısımlarında bu partiküller
kullanılmıştır. Bu partiküllerden %1 PBAT (w/v), %1 poli(vinil alkol) (PVA) (w/v) ile
hazırlanan partiküller mikro boyutu; %1 PBAT (w/v), %1.5
ii
didodesildimetilamonyum bromür (DMAB) (w/v) ile hazırlanan partiküller ise nano
boyutu temsil etmektedir. Elde edilen PBAT mikro ve nanopartiküllerin boyutları
sırasıyla 1.05 ± 0.53 m ve 0.38 ± 0.18 m'dir. Ardından PBAT mikro ve
nanopartiküllere kurkumin yüklemesi gerçekleştirilmiştir. PBAT mikro ve
nanopartiküllerin en yüksek kurkumin enkapsülasyon verimleri PBAT ve
kurkuminin kütlece oranının 10 kat olduğu durumda sırasıyla % 80 ± 5 ve % 90 ± 3
olarak belirlenmiştir. Kurkumin yüklü olan ve olmayan PBAT mikro ve
nanopartiküllerin karakterizasyon çalışmaları ile kimyasal ve termal özellikleri
ayrıntılı olarak belirlenmiş ve kurkuminin yapıdaki varlığı kanıtlanmıştır.
Devam eden basamakta kurkumin yüklü PBAT mikro ve nanopartiküllerin in-vitro
salım çalışmaları yapılmış ve kurkumin salım kinetikleri incelenmiştir. Salım
çalışmalarına göre kurkumin yüklü PBAT mikro ve nanopartiküllerden kurkuminin
22 günde sırasıyla %49 ve %73 oranında salındığı belirlenmiştir. Mikropartiküller
ile kurkumin salımının nanopartiküllere göre daha yavaş gerçekleştiği görülmüştür.
Partiküllerin kurkumin salım kinetikleri incelendiğinde ise her iki tip partikülden
kurkumin salımının Higuchi salım kinetik modeline uyduğu belirlenmiştir.
Son basamakta ise hücre kültürü çalışmaları ile MG-63 insan kemik kanseri
hücrelerinin ve MC3T3-E1 fare kemik öncül hücrelerinin tek tabaka kültürleri
üzerinde kurkumin yüklü olan ve olmayan PBAT mikro ve nanopartiküllerin
sitotoksik etkileri incelenmiştir. Hücrelerin canlılığı ve üremesi MTT (3-[4,5-
dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolyum bromür) analiziyle, hücre morfolojileri ise
optik mikroskop ve floresan mikroskop görüntüleri ile takip edilmiştir. Partiküllerin
MG-63 hücrelerini inhibe ettiği ve MC3T3-E1 hücreleri üzerinde sitotoksik bir
etkiye neden olmadığı belirlenmiştir. Kurkuminin antikanserojen özelliğinin hücre
döngüsündeki etkisi ise akış sitometre ile analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara
göre kurkuminin MG-63 hücrelerini G0/G1 hücre döngü fazında inhibe ettiği ve
MC3T3-E1 hücreleri üzerinde anlamlı bir etkiye neden olmadığı belirlenmiştir.
Anahtar kelimeler : Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat), mikropartikül, nanopartikül,
kurkumin salımı, emülsiyon hazırlama-çözücü buharlaştırma, biyobozunur
polimerler, kemik kanser hücreleri, kemik öncül hücreleri.

Abstract:
This study was performed with the support of 'Poly(butylene adipate-coterephthalate)
(PBAT) Micro and Nanoparticles: Synthesis, Characterization and
Investigation of Curcumin Release Kinetics' entitled and FHD-2016-11953 coded
Hacettepe University funding project and TÜBİTAK 2210-C Primary Subject National
Scholarship Program for MSc Students. In the scope of the thesis, the efficiency of
aliphatic-aromatic copolyester poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) in
drug release applications was investigated. For this purpose, after the synthesis
and characterization of PBAT micro and nanoparticles the loading and in-vitro
release of curcumin that is recently prominent as a natural, anticancerogenic drug
was achieved and the cytotoxic effect of the particles was determined in the cell
culture systems.
In the first step, the PBAT particles without curcumin was synthesized. Due to the
results two type of particles having the optimum morphological properties at micro
and nano scale were selected and these particles were used for the further
studies. The particles which were prepared with 1% PBAT, 1% poly(vinyl alcohol)
(PVA) were represented as microparticles and the particles which were prepared
with 1% PBAT, 1.5% didodecyldimethylammonium bromide (DMAB) were
represented as nanoparticles. The dimensions of the prepared PBAT micro and
nanoparticles were 1.05 ± 0.53 m and 0.38 ± 0.18 m, respectively. Then the
iv
loading of curcumin to the PBAT micro and nanoparticles was achieved. The
highest encapsulation efficiencies of PBAT micro and nanoparticles were obtained
when weight ratio of PBAT and curcumin was 10. The encapsulation efficiencies of
PBAT micro and nanoparticles were determined as 80 ± 5% and 90 ± 3%,
respectively. The chemical and thermal properties of PBAT micro and
nanoparticles with and without curcumin loading were determined in detail and the
presence of curcumin in the structure was shown.
The in-vitro release studies of curcumin loaded PBAT micro and nanoparticles
were perfomed and the release kinetics of curcumin was investigated in this step.
It was determined that curcumin was released from curcumin loaded micro and
nanoparticles at the ratio of 49 % and 73 %, respectively for 22 days period. It
was seen that the release of curcumin from microparticles was occured slower
than that of nanoparticles. It was determined that the release of curcumin from
both particles was fitted to Higuchi release kinetics model due to the curcumin
release kinetics.
In the last step, the cytotoxic effects of PBAT micro and nanoparticles with and
without curcumin loading were determined using monolayer culture of MG-63
human osteosarcoma cells and MC3T3-E1 rat preosteoblasts. The viability and
generation of the cells were monitored via the MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-
2,5-diphenyltetrazolium bromide) analysis and the cell morphologies were
observed with images of optical microscopy and fluorescence microscopy. It was
determined that the particles inhibited MG-63 cells and they were not caused a
cytotoxic effect on MC3T3-E1 cells. The anticarcinogenic effect of curcumin on cell
cycle was analyzed with flow cytometry. It was determined that curcumin inhibited
MG-63 cells at the G0/G1 phase and it did not cause a significant effect on
MC3T3-E1 cells.
Key words: Poly(butylene adipate-co-terephthalate), microparticles,
nanoparticles, curcumin release, emulsion preparation-solvent evaporation,
biodegradable polymers, osteosarcoma cells, preosteoblast cells.