Yeni çaprazbağlı hyaluronik asit formulasyonlarının geliştirilmesi
Development of new cross-linked hyaluronic acid formulations
Yazar: SERDAR KOLAY
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Enjekte edilebilir hidrojeller, dolgu ve tamir malzemesi olarak doku mühendisliğinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada, ayva çekirdeği zamk'ı ve hyaluronik asitten enjekte edilebilir bir kompozit jel geliştirilmesi hedeflenmiştir. Hyaluronik asit, eklem için bir dermal dolgu maddesi ve enjekte edilebilir biyomateryal olarak yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Önceki çalışmalar, ayva çekirdeği zamk'ın (AÇZ) fiziksel ve reolojik özelliklerinin yanı sıra yüksek flavonoid ve zengin amino asit içeriğine açıklık getirmişti. Bu çalışmanın amacı, dermal dolgu ve eklem içi enjeksiyonlar için ayva çekirdeği zamkı ve hyaluronik asitten enjekte edilebilir bir kompozit hidrojel formülasyonu geliştirmeye ve karakterize etmeye odaklanmaktadır. Elde edilen formülasyonlar fiziksel ve kimyasal olarak incelendi ve geleneksel çapraz bağlı HA hidrojelleriyle karşılaştırıldı. Hyaluronik asit (HA) ve ayva çekirdeği zamk (AÇZ)'ının 1,4 bütandiol diglisidil eter ile çapraz bağlanarak yeni bir kompozit hidrojel geliştirmek ve AÇZ'nin hidrojel performansı üzerindeki etkisini araştırmaktır. Reaksiyona girmemiş BDDE miktarı, HA-AÇZ hidrojelleri için saptanamayan bir seviyede tutulmuştur. HA-AÇZ kompozit hidrojelinin fiziksel ve kimyasal özellikleri, yapısal, reolojik, mekanik ve morfolojik incelemeler yapılarak geleneksel çapraz bağlı HA hidrojelleri ile karşılaştırıldı. Amino asit analizinin sonuçlarına göre, HA-AÇZ hidrojeli en yüksek lösin, arginin ve valin amino asit konsantrasyonlarına sahip olduğu tespit edildi. Termal sterilizasyondan sonra, dermal dolgu ve eklem içi dolgu uygulamaları için HA-AÇZ jellerinin elastik modülü 63 Pa ve 92 Pa, kompleks viskozitesi sırasıyla 696 Pa.s ve 966 Pa.s olarak tespit edildi. HA-AÇZ hidrojel gözenek boyutu 200 µm altında bulunmuş ve yoğun homojen gözenek yapısı görülmüştür. HA-AÇZ hidrojellerinin yüksek elastik modül ve kompleks viskozite sergilediğine dair önceki bulgularımıza dayanarak, tezin ikinci bölümünde kurkumin HA-AÇZ hidrojellerine enkapsüle edilerek yeni bir doku yenileyici eklem içi enjekte edilebilir jel geliştirmek amaçlandı. Bu nedenle, kurkumin-β-siklodekstrin kompleksi (Kur-β-SD) hazırlandı ve karakterize edildi. Daha sonra, Kur-β-SD kompleksi, kurkuminin biyoyararlanımını artırmak için 1,4-bütandiol diglisidil eter ile çapraz bağlama yoluyla sentezlenen HA-AÇZ hidrojeli içersine eklendi. Kurkuminin in-vitro salınımı incelendi. In-vitro kurkumin salınımı, 48 saat boyunca farklı konsantrasyonlarda Kur-β-SD kompleks su çözeltisinde HA-AÇZ hidrojelinin şişmesi ve emilimine dayanarak incelendi. Enkapsülasyon yöntemi kurkumin yüklenmiş Kur-HA-AÇZ kompozit jelin fiziksel ve kimyasal yapsı karşılaştırmalı olarak UV, FTIR, 1H-NMR, 13C-NMR HPLC, GC, GC-MS ve SEM analiz yöntemleriyle yapılmıştır.

Abstract:
Injectable hydrogels play an important role in tissue engineering as a filling and repairing material.  In this study, an injectable composite gel was developed from quince seed gum and hyaluronic acid. Hyaluronic acid was widely used as a dermal filler and injectable biomaterial for the joint. Previous reports clarified the physical and rheological properties of quince seed gum (QSG) as well as its high flavonoid and rich amino acid content.  The aim of this study was to develop a new composite hydrogel based on hyaluronic acid (HA) and quince seed gum (QSG) by crosslinking with 1,4 butanediol diglycidyl ether and investigate the effect of QSG on hydrogel performance. To investigate the release of curcumin in the injectable hydrogel by loading the HA-QSG hydrogel with the absorption method, which increased the water solubility of curcumin by encapsulation method into the same hydrogel. The amount of unreacted BDDE is maintained at an undetectable level for HA-QSG hydrogels. The physical and chemical features of the HA-QSG composite hydrogel were compared with the conventional crosslinked HA hydrogels by performing structural, rheological, mechanical and morphological investigations. The HA-QSG hydrogel had the highest concentrations of leucine, arginine, and valine amino acids, according to the results of the amino acid analysis. After thermal sterilization, the elastic modulus of HA-QSG gels for dermal filler and intra-articular filler applications is 63 Pa and 92 Pa and the complex viscosity is 696 Pa.s. and 966 Pa.s. respectively.  The HA-QSG hydrogel pore size was found below 200 m  and the dense homogeneous pore structure was seen. Based on our previous findings that HA-QSG hydrogels exhibited high elastic modulus and complex viscosity, this study aimed to develop a novel skin rejuvenation injectable gel by incorporating curcumin into HA-QSG hydrogels. Therefore, in a second study, we formulated and characterized Curcumin-β-Cyclodextrin Complex (Cur-β-SD). Then, Cur-β-SD complex was encapsulated into the synthesized HA-QSG hydrogel by cross-linking with 1,4-butanediol diglycidyl ether to increase the bioavailability of curcumin. Then, in vitro release was examined. In vitro curcumin release was studied based on the swelling and absorption of HA-QSG hydrogel in different concentrations of Cur-β-CD complex water solution for 48 hours. The physical and chemical structure of the curcumin-loaded Cur-HA-QSG composite gel was comparatively analyzed by UV,FTIR, 1H-NMR, 13C-NMR HPLC, GC, GC-MS and SEM analysis methods.