Manyetik nanokompozitlerin sentezlenmesi, karakterize edilmesi, anti-kanser ilaç yüklenmesi ve kemoterapi ajanı olarak sitotoksisitelerinin araştırılması
Synthesis, characterization and anti-cancer drug loading on magnetic nanocomposites and investigation of cytotoxicides as chemotherapy agents
Yazar: TUBA TARHAN
Danışman: PROF. DR. BİLSEN TURAL
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry

Özet:
Günümüzde kanser kemoterapisinin en önemli sorunlarından biri, kullanılan anti-kanser ilaçlarının kanserli hücreyi ayırt edici özelliğe sahip olmamaları ve yan etki olarak sağlıklı hücrelerin üzerinde de toksik etki göstermeleridir. Bu problemlere çözüm bulmak amacı ile kontrollü ilaç salım sistemleri üzerine yapılan çalışmalar artmıştır. Nanoboyuttaki kontrollü ilaç taşıma sistemleri tümör hedeflenmesine olanak sağlamıştır. Nanotaşıyıcılar arasından, biyouyumlu polimer kaplı süperparamanyetik nanoparçacıklar dışardan uygulanan manyetik alan ile istenilen bölgeye hedeflenebilme özelliklerine sahiptirler. Bu sayede ilaç hedeflenen bölgeye güvenli bir şekilde taşınabilmektedir. 
Bu çalışmanın amacı; sözü edilen terapötik ajanları taşımaya elverişli, biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere uygun boyutta, şekilde, manyetik ve kimyasal özelliklere sahip, manyetik hedeflendirme yapılabilen, ilaç yükleme verimi yüksek, karboksil grupları ile dallanmış polimerik materyallerin sentezlenmesi, karakterize edilmesi, ilaç yükleme ve salınım çalışmalarında kullanılması amaçlanmıştır. Ayrıca Topotekan yüklü dallanmış manyetik malzemeler, insan prostat kanser hücresi (Du145) ve insan sağlıklı prostat hücresi (PNT1A) hattına uygulanarak sitotoksisite özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir.  
Biyouyumlu ve biyobozunur polimer olarak Kitosan ve Dekstran kullanılmıştır. Ayrıca bu polimerlerin farklı türevleri sentezlenip, FTIR, TEM, SEM, EDX, DLS, XPS ve VSM ile karakterizasyonları yapılmıştır. Topotekan anti-kanser ilacının, hazırlanıp karakterize edilmiş altı farklı nanokompozite (MD1, MD2, MD3, MC1, MC2 ve MC3) yükleme koşulları ve ilaç yükleme verimi çalışılmıştır. Buna göre pH 5 bu çalışma için optimum değer olup, ilaç yükleme verimi % 32.2 ile % 54.6 arası çalışılan nanokompozite göre değişiklik göstermiştir. İlaç yüklü nanokompozitler ile salınım çalışmaları yapılmıştır. Her bir nanokompozit için dört farklı pH değerinde salınım çalışılmıştır. En iyi salınımın kanserli bölge pH'ında elde edildiği görülmüştür. Ayrıca ilaç yüklü nanokompozitlerin Du145 ve PNT1A hücre hatları üzerinde sitotoksisite etkileri araştırılmış olup, sonuçlar istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur. Özellikle ilaç yüklü TMC1 nanokompoziti ile yapılan sitotoksisite çalışmasında kanserli hücre canlılığını % 14'e kadar düşürmüş olduğu görülmüştür.
Elde edilen sonuçlar, biyouyumlu ve biyobozunur manyetik nanokompozitlerin istenilen boyutta ve süperparamanyetik özellikte oldukları ve sağlıklı hücreler üzerinde özellikle düşük konsantrasyonlarda toksik etkilerinin olmadığı, kanser hücreleri üzerinde ise özellikle ilaç yüklü nanokompozitlerin ciddi anlamda toksik etki gösterdiği ve kanserli hücre ölümlerine yol açtığı görülmüştür. Ayrıca sonuçlar istatistiksel verilerle kanıtlanmıştır. Bu özellikleri ile sentezlenmiş olan polimer kaplı süperparamanyetik nanokompozitlerin ilaç hedefleme çalışmalarında kullanılabilecekleri gösterilmiş olup, ileride yapılacak olan bu tür çalışmalara katkı sağlayacağı umulmaktadır.

Abstract:
One of the most important problems of today cancer chemotherapy is that the anti-cancer drugs used do not have the distinguishing feature of cancer cells and they have toxic effects on healthy cells as a side effect. Studies on controlled drug release systems have increased with the aim of finding solutions to these problems. Controlled drug delivery systems at the nanoscale enable tumor targeting. Among the nanocarriers, biopolymer coated superparamagnetic nanoparticles have the ability to target at the desired region with an externally applied magnetic field. In this way, the drug can be safely delivery to the targeted area.
The purpose of this study is, suitable for carrying the mentioned therapeutic agents, to have suitable magnetic, chemical and physical properties for use in biomedical applications, magnetic targeting, drug loading efficiency, synthesis and characterization of branched polymeric materials with carboxyl groups, drug loading and release studies. It was also aimed to investigate cytotoxicity properties on human prostate cancer cell (Du145) and human healthy prostate cell (PNT1A) line by applying topotecan-loaded branched magnetic materials.
Biocompatible and biodegradable polymers are used as Chitosan and Dextran. In addition, different derivatives of these polymers were synthesized and characterized by FTIR, TEM, SEM, EDX, DLS, XPS and VSM. Six different nanocomposites (MD1, MD2, MD3, MC1, MC2 and MC3) were prepared and characterized and with these nanocomposites drug loading conditions and drug loading efficiency was studied for the topotecan anti-cancer drug. Accordingly, pH 5 was the optimum value for this study, and the drug loading yield varied from 32.2% to 54.6% depending on the nanocomposite run. Release studies were performed with drug loaded nanocomposites for each nanocomposite. Release was performed at four different pH values. It has been shown that the best release is obtained at the cancerous site pH. In addition, cytotoxicity effects of drug loaded nanocomposites on Du145 and PNT1A cell lines were investigated and the results were found to be statistically significant. In particular, cytotoxicity studies with drug loaded TMC1 nanocomposite have shown cell viability to be reduced by up to 14 %. 
Showed the results obtained that biocompatible and biodegradable magnetic nanocomposites were of the desired size and superparamagnetism, and that they did not have toxic effects especially at low concentrations on healthy cells, especially drug-loaded nanocomposites, had serious toxic effects on cancer cells and they were caused cancer-causing cell death. The results are also proven statistically. It has been shown that synthesized polymer coated superparamagnetic nanocomposites with these properties can be used in drug targeting studies and it is hoped that this type of work will contribute to future studies.