Kitosan nanopartikül optimizasyonu ve antiaritmik amiodaron ilacının kontrollü salımında değerlendirilmesi
Optimization of chitosan nanoparticles and synthesis for controlled release of the antiarrhythmic drug amiodarone
Yazar: NİSA İREM BÜYÜK
Danışman: PROF. DR. SEVİL YÜCEL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Anti aritmik ilaçlar = Anti arrhythmia agents ; Kontrollü ilaç salımı = Controlled drug release

Özet:
İlaç salım sistemlerinde nanopartiküller, kontrollü salım ve nano boyutları sayesinde hücre içine alım kolaylığı gibi avantajlarından dolayı tercih edilmektedir. Doğal polimerler de nanopartiküller içerisinde sahip olduğu avantajlarla arzu edilen ilaç salım malzemeleri içerisinde yer almaktadır. Bu çalışmada bir doğal polimer olan kitosan; biyouyumluluk, biyolojik olarak bozunabilirlik, düşük toksisite, aktif ajanların salımını kontrol edebilmesi, tehlikeli organik solventlere gerek duyulmadan üretilebilmesi, yapısındaki serbest amin grupları sayesinde çapraz bağlanma yapabilmesi, katyonik olduğu için anyon moleküllerle kolayca iyonik bağ kurabilmesi, mukoadhesiv özellik göstermesi gibi nedenlerle ilaç salım sistemi olarak seçilmiştir. Antiaritmik ilaçlar kalp rahatsızlıklarının tedavisinde kullanılmaktadır. Amiodaron sahip olduğu antianjinal ve antiaritmik özellikleri nedeniyle  kalp rahatsızlıklarının tedavisinde yaygın olarak kullanılan bir ilaçtır. β-siklodekstrin (β-SD) hidrofobik olan moleküllerin sudaki çözünürlüğünü arttırmak amacıyla uzun yıllardır kullanılmaktadır. Amiodaronun hidrofobik özellik göstermesi nedeniyle sudaki çözünürlüğünü arttırmak ve kitosan nanopartikülüne yüklenmesini sağlamak amacıyla β-SD kullanılmıştır. Kitosan nanopartiküllerinin içerisine antiaritmik hastalıkların tedavisinde kullanılan amiodaron ilacı yüklenmiştir.
Bu çalışmada kitosan nanopartiküllerinin oluşumuna etki eden faktörler incelenmiştir. Tez çalışmasının ilk amacı kitosan nanopartikülü için optimum üretim koşullarını sağlamaktır. Nanopartiküller Calvo'nun iyonik jelasyon yöntemi ve geliştirilmiş hali olan sonikatör cihazı ile hazırlanmıştır. Nanopartiküllerin boyutunu etkileyebilecek çeşitli formülasyonlar yapılmış ve proses değişkenleri incelenmiştir. Bu formülasyon değişkenleri, en küçük partikül boyutunu elde etmek amacıyla tanımlanmış ve optimize edilmiştir. Formülasyon değişkenleri olarak kitosan polimeri konsantrasyonu ve çapraz bağlayıcı konsantrasyonu seçilmiştir. Kitosan nanopartikül üretimine etki eden diğer değişkenler ise manyetik karıştırma süresi, pH, güneş ışığının etkisi, sonikasyon süresi ve sonikasyon gücü parametreleri olarak seçilmiştir. Tüm bu parametrelerin partikül boyutu ve polidispersite indeksi üzerindeki etkisi göz önüne alınarak nanopartikül üretimi optimize edilmiştir. Optimum koşullar altında üretilen kitosan nanopartiküllerine BSA ve amiodaron yüklemesi gerçekleştirilmiştir. Partikül karakterizasyonu için; Zeta-Sizer, UV-Vis, FTIR, SEM analitik teknikleri kullanılmıştır. Amiodaron yüklü kitosan nanopartiküllerinin in-vitro ilaç salım çalışmaları diyaliz difüzyon tekniği kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İlaç yükleme ve salım değerleri UV-Visible spektroskopi ile ölçülmüştür.
Çalışma kapsamında incelenen parametreler ışığında optimum kitosan nanopartikül üretim koşulları olarak sonikatör cihazı seçilmiş, cihaz 50 W, 5 dk, 30-10 pulse değerlerine ayarlanmıştır. Kitosan olarak orta molekül ağırlığına sahip kitosan seçilmiş, kitosan:TPP kütle oranı 5:1 olarak belirlenmiştir. Nanopartiküle enkapsüle edilmiş olan amiodaronun tamamı 14 günün sonunda salınmıştır. Amiodaron yüklü kitosan nanopartikülleri üretilerek bu nanopartiküllerin birçok antiaritmik ilaç için model niteliği taşıyabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Nanoparticles are widely used in drug delivery systems because of their advantages such as controlled release and ease of entry into the cell due to the fact that they are nano-sized. Natural polymers are desired drug release materials with the advantages they possess within the nanoparticles. This work is based on a natural polymer, chitosan. Chitosan has biocompatibility, biodegradability, low toxicity, ability to control the release of active agents, production of dangerous organic solvents without the need for them, cross-linking thanks to free amine groups in the structure, easy ionic linkage with anion molecules since they are cationic. That is why chitosan could be used as a drug release system. Antiarrhythmic drugs are used in the treatment of heart diseases. Amiodarone is a drug widely used in the treatment of heart disorders due to its antiangiogenic and antiarrhythmic properties. β-CD has been used for many years to increase the water solubility of hydrophobic molecules. Since amiodarone is hydrophobic, β-cyclodextrin has been used to increase its solubility in water and allow it to be loaded into the chitosan nanoparticle. Chitosan nanoparticles are loaded with the amiodarone drug used to treat antiarrhythmic diseases.
In this study, the factors affecting the formation of chitosan nanoparticles were investigated. The first objective of the thesis work is to provide optimum production conditions for the chitosan nanoparticle. The nanoparticles were prepared by Calvo's ionic gelation method and the improved sonicator device. Various formulations have been made which can affect the size of the nanoparticles and process variables have been investigated. These formulation variables are defined and optimized to obtain the smallest particle size. Chitosan polymer concentration and crosslinker concentration were selected as formulation variables. Other variables affecting production of chitosan nanoparticles were mixing time, pH, effect of sunlight, duration of sonication and sonication power parameters. Nanoparticle production is optimized by taking into account the effect of all these parameters on particle size and polydispersity index. BSA and amiodarone loading were performed on chitosan nanoparticles produced under optimum conditions. For particle characterization; Zeta-Sizer, UV-Vis, FTIR, SEM analytical techniques were used. In-vitro drug release studies of amiodarone-loaded chitosan nanoparticles were performed using dialysis diffusion technique. Drug loading and release values were measured by UV-Visible spectroscopy.
In the study, sonicator device was chosen as optimum chitosan nanoparticle production conditions and parameters were set to 50 W, 5 min, 30-10 pulse values. Medium molecular weight chitosan was selected and the mass ratio of chitosan: TPP was determined as 5:1. The amiodarone encapsulated in nanoparticles was released at the end of the 14 days. Amiodarone-loaded chitosan nanoparticles are thought to be capable of carrying model qualities for many antiarrhythmic drugs.