Kolon kanserinin tedavi etkinliğini artırmak amacıyla; enterik kapsüllere doldurulmuş kuersetin yüklü silika nanopartikülleri içeren nanofiber formülasyonlarının geliştirilmesi, karakterizasyonları ve in vitro çalışmaları
Development, characterization and in vitro studies of nanofiber formulations containing quercetin-loaded silica nanoparticles filled in enteric capsules to improve the treatment efficacy of colon cancer
Yazar: NAİLE ÇAKIT
Danışman: DOÇ. DR. MURAT İNAL
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Kontrollü ilaç salımı = Controlled drug release

Özet:
Bu tez çalışmasında antioksidan, antikanserojen, antibakteriyel etki gibi pek çok faydalı özelliği bulunan bir bileşik olan kuersetinin suda çözünmemesi onun biyoyararlanımını azaltmaktadır. Bu çalışma kapsamında kuersetinin biyoyararlanımını arttırarak faydalı etkilerini ortaya çıkarmak için mezogözenekli silika nanopartiküllerin alt türü olan Mobil Madde Bileşimi No. 41 (MCM-41) içerisine yüklenerek, kuersetin içeren MCM-41 nanopartiküller oluşturulmuştur. Çalışmamızda kolay uygulanabilir bir yöntem olan elektroeğirme tekniğiyle kuersetin içeren MCM-41 nanopartikülleri yüklü poli(vinil alkol) nanolifleri üretilmiştir. Üretilen nanolifler kuersetinin kolon kanseri olan bağırsak bölgesine gidene kadar salım yapmasını engellemek amacıyla enterik kaplı kapsüller içerisine doldurulmuştur. Boş ve kuersetin yüklü MCM-41 nanopartiküllerin ve yine boş ve kuersetin yüklü MCM-41 nanopartikülleri içeren nanoliflerin lif çapları ve morfolojik yapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM), gözenek boyutu ve yüzey alanı Brunauer-Emmett-Teller (BET), fonksiyonel grup analizleri Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektroskopisi (FTIR), ısısal dönüşümleri diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), termal davranışları termogravimetrik analiz (TGA), malzemedeki etkin madde ve yardımcı maddelerin kristal yapıları X-ışını difraktometresi (XRD) ile analiz edilmiştir. Kuersetin içeren MCM-41 nanopartiküller yüklü nanoliflerin zamanla etkin madde salım hızının anlaşılması amacıyla pH 6,8 ve 7,4 fosfat tamponu ortamlarında salım çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca nanoliflerin kapsüllendikten sonra zamanla etkin madde salım hızının belirlenmesi için pH 1,2 ve pH 6,8 salım ortamlarında disolüsyon testi yapılmıştır. Oluşturulan nanoliflerin sitotoksik etkisini değerlendirmek için sağlıklı fare fibroblast (L-929) ve insan kolorektal adenokarsinoma epitel hücre (Caco-2) hatları kullanılarak 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolyum bromür (MTT) testi yapılmıştır.
Üretilen MCM-41 nanopartiküllerin BET sonuçları literatür ile uyumlu bulunmuştur. MCM-41'in SEM analizi sonuçlarında yuvarlak şekilli, 87,67 12,74 nm boyuta sahip, homojen nanopartiküllerin üretildiği ve kuersetin hapsedilmesi ile yüzey özelliklerinin değişmiş olduğu belirlenmiştir. Boş PVA nanoliflerin 216,73±18,97 nm çapa, farklı miktarlarda kuersetin içeren MCM-41 yüklü nanoliflerin 240 ile 350 nm arasında değişen çaplara sahip olduğu bulunmuştur. FTIR, DSC, TGA ve XRD karakterizasyon testi sonuçları kuersetinin nanopartiküllere ve kuersetin içeren nanopartiküllerin ise nanoliflere başarılı bir şekilde hapsedildiğini göstermiştir. pH 6,8 ortamında yapılan salım çalışmalarında kuersetin içeren MCM-41 nanopartikülleri yüklü (%24) nanoliflerin, diğer nanoliflere ve pH 7,4 salım ortamına göre daha yüsek ilaç salım oranlarına ulaştığı (maksimum %63,8) belirlenmiştir. Kapsüllendikten sonra nanoliflerin pH 1,2 ortamında salım yapmadığı, pH 6,8 ortamına geçtiği zaman nanoliflerin salım yapmaya başladığı bulunmuştur. Ayrca nanoliflerin, kuersetin içeren MCM-41 nanopartiküller ile kıyaslandığı salım hızını kontrol ettiği böylece ani salım gerçekleştirmediği ve uzun süreli salım sağlayabildiği anlaşılmıştır. Disolüsyon verilerinden MCM-41 nanopartikülleri içerisine hapsetmenin, kuersetinin çözünürlüğünü belirgin bir şekilde arttırdığı da bulunmuştur.
MTT testi sonuçlarına göre boş MCM-41 nanopartiküllerin L-929 hücre hattı üzerinde 10 µg/mL derişimin altında sitotoksik etki oluşturmadığı boş nanoliflerin ise 1 mg/mL derişimde %80 üzeri canlılık gösterdiği ve sitotoksik etki oluşturmadığı anlaşılmıştır. Saf kuersetinin Caco-2 hücre hattı üzerinde sitotoksik etki oluşturduğu (≥ 6,75 µg/mL derişimde) belirlenmiştir. Yine Caco-2 hücre hattında yapılan çalışmalarda kuersetin yüklü MCM-41 nanopartiküllerin %80 civarında olan hücre canlılığının 277,2 μg/mL'de %60'lara kadar düştüğü, kuersetin yüklü MCM-41 nanopartikülleri içeren nanoliflerde ise 4 mg/mL derişimden sonra canlılığın azalmaya başladığı ve 8 mg/mL derişimde %65'lere kadar düştüğü görülmektedir.

Abstract:
In this thesis study, the fact that quercetin, a compound with many beneficial properties such as antioxidant, anticarcinogen, antibacterial effect, is not soluble in water reduces its bioavailability. In this study, MCM-41 nanoparticles containing quercetin were formed by loading into Mobile Compound No. 41 (MCM-41), which is a subtype of mesoporous silica nanoparticles, in order to increase the bioavailability of quercetin and reveal its beneficial effects. In our study, poly(vinyl alcohol) nanofibres loaded with MCM-41 nanoparticles containing quercetin were produced by electrospinning technique, which is an easily applicable method. The produced nanofibres were filled into enteric coated capsules in order to prevent the release of quercetin until it travelled to the colon cancer intestine. Fibre diameters and morphological structures of empty and quercetin-loaded MCM-41 nanoparticles and nanofibres containing empty and quercetin-loaded MCM-41 nanoparticles were measured by scanning electron microscopy (SEM), pore size and surface area by Brunauer-Emmett-Teller (BET), The functional group analyses were carried out by Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), thermal transformations by differential scanning calorimetry (DSC), thermal behaviours by thermogravimetric analysis (TGA), and crystal structures of the active substance and excipients in the material were analysed by X-ray diffractometer (XRD). Release studies were carried out at pH 6.8 and 7.4 phosphate buffer in order to understand the release rate of the active substance over time in nanofibres loaded with MCM-41 nanoparticles containing quercetin. In addition, a dissolution test was performed in pH 1.2 and pH 6.8 release media to determine the rate of active substance release over time after the nanofibres were encapsulated. To evaluate the cytotoxic effect of the nanofibres, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) test was performed using healthy mouse fibroblast (L-929) and colon cancer (Caco-2) cell lines.
The BET results of the MCM-41 nanoparticles produced were found to be consistent with the literature. In the results of SEM analysis of MCM-41, it was determined that round shaped, 87.67±12.74 nm sized, homogeneous nanoparticles were produced and their surface properties changed with quercetin entrapment. It was found that empty PVA nanofibres had a diameter of 216,73±18,97 nm and nanofibres loaded with different amounts of quercetin-MCM-41 were found to have diameters ranging from 240 to 350 nm.  FTIR, DSC, TGA and XRD characterisation test results showed that quercetin was successfully entrapped in nanoparticles and quercetin containing nanoparticles were successfully entrapped in nanofibres. In the release studies carried out in pH 6.8 medium, it was determined that nanofibres loaded with MCM-41 nanoparticles containing quercetin (24%) reached higher drug release rates (maximum 63.8%) compared to other nanofibres and pH 7.4 release medium. After encapsulation, it was found that the nanofibres did not release in pH 1.2 environment, but when the pH passed to 6.8 environment, the nanofibres started to release. It was also found that the nanofibres controlled the release rate compared to MCM-41 nanoparticles containing quercetin, so that they did not release suddenly and could provide long-term release. From the dissolution data, it was also found that entrapment in MCM-41 nanoparticles significantly increased the solubility of quercetin.
According to the MTT assay results, it was found that empty MCM-41 nanoparticles did not cause cytotoxic effect on L-929 cell line below 10 µg/mL concentration, while empty nanofibres showed over 80% viability at 1 mg/mL concentration and did not cause cytotoxic effect. It was determined that pure quercetin had a cytotoxic effect on Caco-2 cell line (≥ 6.75 µg/mL concentration). Again, in the studies carried out on Caco-2 cell line, it was observed that the cell viability of quercetin-loaded MCM-41 nanoparticles, which was around 80%, decreased to 60% at 277.2 μg/mL, and in nanofibres containing quercetin-loaded MCM-41 nanoparticles, the viability started to decrease after 4 mg/mL concentration and decreased to 65% at 8 mg/mL concentration.