İlaç ve DNA taşıyıcı amfifilik blok kopolimerlerin RAFT yöntemi ile sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis with RAFT method and characterization of drug and DNA carrier amphiphilic block copolymers
Yazar: MURAT TOPUZOĞULLARI
Danışman: DOÇ. DR. SEVİL DİNÇER ; PROF. DR. ESMA VOLGA BULMUŞ ZAREIE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Yapısal kararlılıkları, toksisitelerinin düşük olması, ilaç/gen taşıma kapasitelerinin yüksek olması, küçük boyutta olmaları ve suda çözünürlükleri sebebiyle blok kopolimerler polimer terapötikler içinde önemli bir sınıfı oluşturmaktadırlar. Blok kopolimerler; hidrofobik ve hidrofilik bloklardan oluştuğunda hidrofobik etkileşimlerle, iyonik ve noniyonik hidrofilik bloklar içerdiğinde elektrostatik etkileşimle veya uygun gruplar yapıya eklendiğinde kovalent bağlarla bir araya gelerek sulu çözelti içinde misel oluştururlar. İlaç veya DNA gibi moleküller blok kopolimer misel çekirdeğine yüklenerek bu moleküllerin hem fizyolojik engellerle etkileşimlerinde azalma hem de hedef dokuya ulaşım oranlarında önemli bir artış sağlanmaktadır.
Tez çalışmasında, DNA veya ilaç taşıma ve salım potansiyeline sahip, amfifilik blok kopolimerlerin RAFT (tersinir katılmalı ayrışmalı zincir transfer; ?reversible addition-fragmentation chain transfer?) polimerizasyonu ile sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir.  Bu çalışma ile 4-vinilpiridin (4-VP) ve oligoetilenglikol metil eter metakrilat (OEGMA) monomerleri kullanılarak, monodisperse yakın özellikte olan, DNA veya ilaç taşımaya uygun, ek modifikasyonlara izin verecek fonksiyonel gruplara sahip, amfifilik diblok kopolimerler elde edilmiştir. Polimerin yapısındaki fonksiyonel gruplar hedefleyici veya işaretleyici moleküllerin yapıya bağlanmasını olanaklı hale getirmektedir.
Tez çalışması kapsamında öncelikle 4-VP ve OEGMA monomerleri için uygun RAFT ajanı ve reaksiyon şartları belirlenmiştir. Ardından, OEGMA RAFT yöntemiyle polimerleştirilmiş ve makroCTA haline getirilmiştir. MakroCTA zincirinin ucundan 4-VP monomeri polimerleştirilerek hidrofobik ilaç taşımada kullanılabilecek poli(OEGMA)-b-poli(4-VP) kopolimeri elde edilmiştir. Daha sonra, bu kopolimerdeki 4-VP birimleri kuarternerleştirilerek DNA taşımaya uygun pozitif yüklü blok kopolimerler elde edilmiştir. Sentezlenen polimerler GPC, FTIR spektroskopisi ve NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir.
Kopolimerlerin çözelti davranışları ve kuarterner kopolimerin c-myc genini inhibe eden oligonükleotidle oluşturduğu kompleksler ışık saçılması spektroskopisi, floresans spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskobu ve UV spektroskopisi ile incelenmiştir. Poli(OEGMA)-b-poli(4-VP) blok kopolimerlerinin pH 5?in altındaki pH?larda çözeltide tek başlarına bulunduğu ancak pH 5?in üzerinde misel oluşturdukları saptanmıştır. Ayrıca belirli blok kopolimerlerin sıcaklığa duyarlı oldukları bulunmuştur. Kuarternerleştirilmiş pozitif yüklü kopolimerlerin de ODN ile kompleks oluşturduğu ve sıcaklığa bağlı olarak oluşan yapının değiştiği gözlenmiştir. Sonuçta, ilaç taşıyıcı olarak kullanılabilecek pH?a ve sıcaklığa duyarlı amfifilik blok kopolimerler ile gen terapi çalışmalarında kullanılabilecek sıcaklığa duyarlı pozitif yüklü blok kopolimerler elde edilmiştir.

Abstract:
Block copolymers are an important class of polymer therapeutics because of their structural stability, low toxicity, high loading capacity, compact size, and solubility in water. Block copolymers form micelles in aqueous solutions with hydrophobic interactions if they are comprised of hydrophobic and hydrophilic blocks or, with electrostatic interactions if they are comprised of ionic and nonionic blocks or, with covalent bonds if they have suitable groups. Reduced interaction with physiological barriers and increased transport rates to target tissue are achieved by loading molecules such as DNA or drug into the core of these block copolymer micelles.
In the study, amphiphilic block copolymers with the potential of DNA or drug delivery and release were synthesized by RAFT (reversible addition-fragmentation chain transfer) polymerization and characterized. Near monodisperse amphiphilic diblock copolymers, suitable for DNA or drug delivery and having functional groups for further modifications, were obtained using 4-vinylpyridine and oligoethyleneglycol methyl ether methacrylate (OEGMA) monomers. Functional groups in the structure of the polymer make it possible to bind targeting or marker molecules.
Within the scope of this thesis, suitable RAFT agent and reaction conditions were determined for RAFT polymerization of 4-VP and OEGMA monomers. Then, OEGMA was polymerized with RAFT method and turned into macroCTA. Poly(OEGMA)-b-poly(4-VP) copolymer, which can be used in carrying hydrophobic drug, was obtained by polymerization of 4-VP monomer through the chain end of macroCTA. Subsequently, positively charged block copolymers, suitable for transport of DNA, were obtained by quaternization of 4-VP units in poly(OEGMA)-b-poly(4-VP). The all synthesized polymers were characterized by GPC, FTIR spectroscopy and NMR spectroscopy. 
Solution behavior of copolymers and complexes formed between quaternized copolymers and oligonucleotide inhibiting the c-myc gene were analyzed with light scattering spectroscopy, fluorescence spectroscopy, atomic force spectroscopy and UV spectroscopy. It was determend that poly(OEGMA)-b-poly(4-VP) block copolymers were individual chains in solution at pH values below 5 but they form micelles at pH values above 5. In addition, certain block copolymers were found to be temperature-sensitive. It was also observed that positively charged quaternized copolymers formed complexes with ODN and structure of formed complexes changed according to the temperature. In conclusion, temperature- and pH-sensitive amphiphilic block copolymers that can be used as drug carrier and temperature-sensitive positively charged block copolymers that can be used in gene therapy studies were obtained.