Misel oluşturabilen, biyouyumlu, biyobozunur, pozitif yüklü polimerik malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
The synthesis and characterization of micelle-forming, biocompatible, biodegradable and positively charged polimeric biomaterials
Yazar: AYŞE KARAGÖZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEVİL DİNÇER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada amaç, gen transferi, ilaç salımı ve benzeri uygulamalarda kullanılabilecek, biyouyumlu, biyobozunur özellikte, pozitif yüklü polimerlerin, dizaynı, sentezi ve karakterizasyonudur.Çalışmanın birinci kısmında, L-laktat, ?-kaprolakton ve polietilenglikol kullanılarak, poli(kaprolakton-b-metoksi poli(etilenglikol)), (PCL-b-mPEG); poli(L-Laktat-b-metoksi poli(etilenglikol)), (PLL-b-mPEG)) diblok kopolimerler ile (polikaprolakton-b-poli(etilenglikol)-b-poli(laktat), PCL-PEG-PLL) terpolimerleri, farklı monomer oranlarında, katalizör olarak SnOct2 kullanılarak, azot ortamında, halka açılması polimerizasyonu ile sentezlenmiştir. Polimerlerin sentezi mikrodalga ısıtma sistemi ile gerçekleştirilmiş, mikrodalga süresi ve katalizör miktarının reaksiyona etkisi incelenmiştir. Ayrıca, polimerlerin bir kısmı geleneksel ısıtma (örn., yağ banyosu) ile de sentezlenmiş, heriki sistem ile elde eidlen ürünler karşılaştırılmıştır. Çalışmada diğer aşama, sentezlenen polimerlerin pozitif yüklü hale getirilmesi amacıyla PEI bağlanmasıdır. Bu reaksiyon, karbonildiimidazol aktivasyonu ile gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen diblok polimerler ile terpolimerler, FTIR ve 1H-NMR ile yapısal analiz, GPC ve 1H-NMR ile molekül ağırlığı, Floresans Spektrofotometre ile misel oluşturma kabiliyeti, Zeta Sizer ile boyut analizi, SPM ile misel yapıların görüntülenmesi bakımından karakterize edilmişlerdir. PEI bağlanmış polimerler ise, TNBS yöntemi ile amin grup miktarı tayini, Floresans Spektrofotometre ile misel oluşturma kabiliyeti, Zeta Sizer ile boyut ve yük açısından incelenmişlerdir. Yapılan karakterizasyon çalışmaları sonucunda, diblok kopolimerler ve terpolimerler mikrodalga ile başarılı şekilde ve çok kısa sürede sentezlenmiş, elde edilen ürünlerin geleneksel yöntem ile sentezlenen polimerlerden farklı olmadığı görülmüştür. Diblok kopolimerler ile terpolimerlerin ve PEI-bağlı formlarının misel oluşturabildiği gözlenmiştir. Polimerlerde çok düşük heterojenlik indeksi elde edilmiş ancak PEI bağlanması ile bunun çok az oranda arttığı ve misel oluşumunu düşük oranda da olsa negatif yönde etkilediği sonucu elde edilmiştir. SPM ile alınan görüntüler ile de misel oluşumu kanıtlanmıştır.Sonuç olarak, mikrodalga ile biyobozunur ve biyouyumlu birimler taşıyan polimerler başarılı bir şekilde sentezlenmiş, PEI ile bağlanarak pozitif yüklü yapılar elde edilmiştir. Bu polimerik yapıların, misel oluşturabilmeleri ve pozitif yük taşımalarından dolayı DNA ile kompleks oluşturarak, etkin ve güvenli gen aktarımı veya ilaç salımı gibi uygulamalarda kullanılabilecek potansiyele sahip taşıyıcılar oldukları düşünülmektedir.Anahtar Kelimeler : poli(laktat-ko-mPEG), poli(kaprolakton-ko-mPEG), polietilenimin, misel

Abstract:
The aim of this study is design, synthesis and characterization of biocompatible, biodegradable and positively charged polymeric structures as efficient and safe carriers for possible use in gene delivery or drug release applications.The first part of the study is synthesis of PCL-b-mPEG and PLL-b-mPEG diblock copolymers and PCL-PEG-PLL terpolymers in different monomer ratios by ring opening polymerization (ROP) using stannous octoate (SnOct2) as catalyst under nitrogen atmosphere. Here, basically microwave heating was used in synthesis and effect of microwave exposure time and catalyst ratios were investigated. Also, some of the polymers were prepared by conventional heating method (i.e., oil bath) to make comparison between microwave heating and conventional one. The next step is activation of abovementioned polymers by 1,1?-carbonyldiimidazole (CDI) in order to couple polyethylenimine (PEI) for the formation of positively charged structures. Structural and functional characterization of diblock copolymers and terpolymers were determined by FTIR, 1H-NMR. Molecular weight analysis was performed by Gel Permeation Chromatography (GPC) and also 1H-NMR spectra. Miscelle formation ability of polymers were investigated by Fluorescence Spectroscopy. Zeta Sizer and Scanning Probe Microscopy (SPM) analyses were performed for size determination. PEI-carrying polymers were characterized by TNBS method for amino group content, Fluorescence Spectroscopy for micelle formation and Zeta Sizer for size and charge investigation. All characterization studies were revealed that diblock and terpolymers were prepared by microwave heating successfully in a very short reaction time comparing to conventional heating. Note that the most of the polymers showed almost no size distribution. Coupling of PEI molecule to polymeric chain affected miscelle formation ability in some of the polymers negatively but did not prevent this behavior. Miscelle formation was also confirmed by SPM that the most of the miscelles were in similar size.According to the all results, polymers having biodegradable, biocompatible and positively charged units were obtained succesfully as intended. It seems that these polymeric structures have a great potential in safe and efficient gene delivery or drug release applications because of their charged structure and micelle formation ability.Keywords: poly(lactide-co-mPEG), poly(?-caprolactone-co-mPEG), polyethylenimine micelle