Nişasta nanojellerinin sentezi karakterizasyonu ve antimikrobiyal aktivitesinin belirlenmesi
Synthesis, characterization and determination of antimicrobial activity of starch nanogels
Yazar: PELİN SARAÇOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET MURAT ÖZMEN ; DOÇ. DR. MURAT TOPUZOĞULLARI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Antibakteriyel ajanlar = Anti-bacterial agents ; Nişasta = Starch ; Polietilen glikoller = Polyethylene glycols ; Stomatit = Stomatitis

Özet:
Hidrojeller, çözünmeden suyu tutabilen, polimer zincirleri çapraz bağlı olan üç boyutlu malzemelerdir. Nanoteknolojinin ilerlemesiyle, nanojel olarak adlandırılan hidrojel partikülleri sentezlenmiştir. Nanojeller, çözücü içinde şişebilen, çapraz bağlı nano boyutlarda polimer ağlarıdır. Geniş yüzey alanları ve yüksek yükleme kapasiteleri nedeniyle ilgi görmektedirler. Özellikle polisakkarit nanojeller, biyoaktif ajan salımı ve antimikrobiyal uygulamalarda umut verici nanomalzemelerdir. Polisakkaritlerden olan nişasta, bitki kaynaklı ucuz, yenilenebilir ve biyobozunur bir biyopolimerdir. Ancak doğal nişastanın işlenebilirliği zordur, bu sebeple çapraz bağlanarak modifiye edilmektedir. 
Bu tez çalışmasında nişasta, polietilen glikol digilsidil eter (PEGDE) ile çapraz bağlanarak nanojeller sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Üretilen nanojellerin bir antimikrobiyal ajan yüklenerek kanser hastalarının ağızlarında oluşan oral mukozit enfeksiyonlarının tedavisinde kullanılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda tez çalışmasının ilk bölümünde, nanojellerinin özelliklerini değiştirebilecek parametrelerden polimer konsantrasyonu, polimer:çapraz bağlayıcı oranı, sürfaktan konsantrasyonu ve antibakteriyel ajan konsantrasyonunun etkisi incelenmiştir. Değişen parametrelerle nanojellere yüklenen antibakteriyel ajanın enkapsülasyon etkinliği ve yükleme kapasiteleri Ultraviyole ve Görünür Bölge (UV-VIS) Spektroskopisi kullanılarak araştırılmıştır. Elde edilen nanojeller, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR), X-Işınları Difraksiyonu Spektroskopisi (XRD), Dinamik Işık Saçılması Spektroskopisi (DLS) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) teknikleriyle incelenmiştir. İkinci bölümde ise, optimize edilen nanojellerin in vitro salım çalışmaları yapılmış, antibakteriyel aktivitesi broth mikrodilüsyon yöntemi ile belirlenmiştir.
Boş ve antibakteriyel ajan yüklü nanojellerin, 84 ile 159 nm hidrodinamik çap aralığında küresel yapıda ve zeta potansiyellerinin -12,0 ile -25,0 mV aralığında olduğu görülmüştür. Reaksiyon verimlerinin %77 ile %99, enkapsülasyon etkinliğinin %61 ile %88 ve yükleme kapasitelerinin %5 ile %26 aralığında olduğu bulunmuştur. Nanojellerden antibakteriyel ajanın 15. dakikada %70'lik salım yaparak oral mukozit tedavisi için uygun bir salım profili sergilediği görülmüştür. Bununla birlikte, nanojellerin 60-120 dakika süresince biyobozunmaya uğradığı ve bu sürenin ilaç salım profilleriyle uyumlu olduğu gözlenmiştir. Nanojellerin oral mukozit enfeksiyonları patojenlerine karşı antibakteriyel aktivite gösterdiği tespit edilmiştir. Böylelikle, yeni nişasta nanojellerinin ağız yaraları enfeksiyonlarının tedavisi için sağlık biyoteknolojisinde ümit vadeden nanotaşıyıcı ürünler olduğu ortaya konmuştur.

Abstract:
Hydrogels are three-dimensional materials with cross-linked polymer chains that can retain water without dissolving. With the advancement of nanotechnology, hydrogel particles called nanogels have been synthesized. Nanogels are cross-linked nano-sized polymer networks that swell in solvent. They attract attention due to their large surface area and high loading capacity. In particular, polysaccharide nanogels are promising nanomaterials in bioactive agent delivery and antimicrobial applications. Starch, one of the polysaccharides, is an inexpensive, renewable and biodegradable biopolymer of plant origin. However, natural starch is difficult to process, so it is modified by cross-linking.
In this thesis, nanogels were synthesized and characterized by cross-linking starch with polyethylene glycol digylcidyl ether (PEGDE). It is aimed to use the nanogels produced for loading an antimicrobial agent and then apply them in the treatment of oral mucositis infections that take place in the mouth of cancer patients. For this purpose, in the first part of the thesis, the effects of polymer concentration, polymer:crosslinker ratio, surfactant concentration and antibacterial agent concentration were investigated. The encapsulation efficiency and loading capacities of the antibacterial agent loaded in the nanogels with varying parameters were examined using Ultraviolet and Visible (UV-VIS) Spectroscopy. The obtained nanogels were tested by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), X-Ray Diffraction Spectroscopy (XRD), Dynamic Light Scattering Spectroscopy (DLS) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques. In the second part, in vitro release studies of the optimized nanogels were carried out, and their antibacterial activity was determined by broth microdilution method.
It was observed that the empty and antibacterial agent loaded nanogels were spherical and exhibiting hydrodynamic diameter ranging between 84 and 159 nm depending on the varying parameters. While the zeta potentials of the nanogels were in the range of -12.0 and -25.0 mV, the reaction yields were between 77% and 99%, the encapsulation efficiency was between 61% and 88%, and the loading capacities were between 5% and 26%. The antibacterial agent showed a 70% release in 15 minutes indicating that it exhibits a release profile suitable for oral mucositis treatment. Moreover, it was observed that the nanogels were biodegraded in 60-120 minutes, which was consistent with their drug release profile. It was determined that the nanogels showed antibacterial activity against pathogens of oral mucositis infections. Thus, the novel starch nanogels synthesized are promising nanocarrier products in health biotechnology as they have potential in the treatment of oral mucositis infections.