К-karagenan kopolimerlerin sentezlenmesi ve taşıyıcı sistemlerinin geliştirilmesi
Synthesis of K -karrageenan copolymers and developing of its carrier systems
Yazar: GÜLCAN GEYİK
Danışman: PROF. DR. NURAN IŞIKLAN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Tez çalışmasında, κ-karagenan (KRG) polimerine N,N-dimetilaminoetil metakrilat/ akrilik asit (DMAEMA/AA) monomerleri birlikte aşılanarak sıcaklık ve pH duyarlı KRG-g-P(DMAEMA/AA) kopolimeri sentezlendi. İkinci aşı kopolimer olarak da κ- karagenan polimerine 2-hidroksipropil metakrilamid (HPMA) monomeri aşılanarak KRG-g-PHPMA kopolimeri sentezlendi. Kopolimerlerin sentezi 4,4'-Azobis(4-siyanovalerik asit)  (ACVA) başlatıcısı kullanılarak mikrodalga fırında gerçekleştirildi. KRG-g-P(DMAEMA/AA) kopolimeri aşı yüzdesi ve aşılama verimi üzerine mikrodalga ışınlama süresi, DMAEMA/AA oranı, mikrodalga gücü, KRG ve başlatıcı konsantrasyonunun etkileri incelendi. Sentezlenen KRG-g-P(DMAEMA/AA) kopolimerinin optimizasyon çalışmaları sonucu en yüksek aşı yüzdesi (%150) ve aşılama verimi (%85) bulundu. Kopolimerlerin yapıları FTIR, 13C-NMR, DSC, TGA, GPC, SEM ve XRD analizleri ile aydınlatıldı. Kopolimerlerin sitotoksisite analizi MTT yöntemi ile yapıldı ve biyouyumlu oldukları görüldü. Karagenanın termal kararlılığı aşılama işlemi sonrasında hafif azaldı. 
KRG-g-P(DMAEMA/AA) ve KRG-g-PHPMA kaplı manyetik nanoküreler  hazırlamak için KRG-g-P(DMAEMA/AA) ve KRG-g-PHPMA kopolimerleri ve Fe+3 /Fe+2  iyonlarının varlığında mikrodalga destekli birlikte çöktürme tekniği uygulandı. Sentezlenen KRG-g-P(DMAEMA/AA)@Fe3O4 ve KRG-g-PHPMA@Fe3O4 nanokürelerinin yapısı, boyutu, yüzey morfolojisi, manyetik özelliği ve kararlılığı, FTIR, XRD, TEM, SEM, Zeta-sizer, VSM, ICP-OES ve TGA/DSC kullanılarak aydınlatıldı. Nanokürelere model kanser ilaçları (5-Fluorouracil ve Doxorubicin) yüklendi. Nanokürelerin ilaç salım profilleri UV spektroskopisi ile belirlendi.  Nanokürelerden ilaç salımına kopolimerin aşı yüzdesi, pH, sıcaklık, manyetik alan, ilaç miktarının etkileri araştırıldı. Nanokürelerin 4 gün boyunca stabilite çalışmaları yapıldı. Nanokürelerin fosfat tamponunda (pH:7,4) daha stabil olduğu bulundu. Sitotoksisite testi L929 fibroblast normal hücre ve A549 kanser hücresi kullanılarak MTT anlizi ile gerçekleştirildi ve nanokürelerin biyouyumlu oldukları tespit edildi.
Sentezlenen KRG-g-P(DMAEMA/AA)@Fe3O4 nanokürelerinin manyetik alana, sıcaklığa ve pH'ya duyarlı olduğu ve yüksek salım performansına sahip olduğu gösterildi. KRG-g-P(DMAEMA/AA)@Fe3O4(3) nanokürelerinin manyetik alanda ilaç salımı 4 saatte %100'e ulaştı.  KRG-g-P(DMAEMA/AA)@Fe3O4(3) nanokürelerinin 5-FU salımı pH 7,4 ve pH 5,5 ortamlarında 37 oC'de  %62 ve %73 iken, 5-FU salımı 48 oC' de %41 ve %49'a azaldı. 
KRG-g-PHPMA@Fe3O4 nanokürelerin manyetik alana ve pH'ya duyarlı ve kontrollü salım performansına sahip olduğu gösterildi. KRG-g-PHPMA@Fe3O4 nanoküreleri düşük pH'da yüksek salım gösterdi.

Abstract:
In the thesis study, temperature and pH sensitive KRG-g-P(DMAEMA/AA) copolymer was synthesized by grafting of N,N-dimethylaminoethyl methacrylate / acrylic acid (DMAEMA/AA) monomers onto κ-carrageenan (KRG) polymer. As the second graft copolymer, the KRG-g-PHPMA copolymer was synthesized by grafting of 2-hydroxypropyl methacrylamide (HPMA) monomer onto the κ-carrageenan polymer. The synthesis of copolymers was carried out in a microwave oven using a 4,4'-Azobis (4-cyanovaleric acid) (ACVA) initiator. The effects of the microwave  irradiation duration, DMAEMA/AA ratio, the microwave  power and the concentrations of KRG and ACVA on graft yield and grafting efficiency were all investigated. At  the end of optimization  studies KRG-g-P(DMAEMA/AA)    copolymers best values of them were found to be 150% and 85%, respectively. The structures of the copolymers were characterized by FTIR, 13C-NMR, DSC, TGA, GPC, SEM and XRD analysis. Cytotoxicity analyses of the copolymers was done by MTT method and they was found to be biocompatible. The thermal stability of the carrageenan was slightly decreased after the grafting process. 
The microwave-assisted co-precipitation technique in the presence of KRG-g-P(DMAEMA/AA) and KRG-g-PHPMA copolymers and Fe3+/Fe2+ ions was applied to prepare KRG-g-P(DMAEMA/AA) and KRG-g-PHPMA coated magnetic nanospheres. Structure, size, surface morphology, magnetic properties and stability of synthesized KRG-g-P(DMAEMA/AA)@Fe3O4 and KRG-g-PHPMA@Fe3O4 nanospheres was illuminated using FTIR, XRD, TEM, SEM, Zeta-sizer, VSM, ICP-OES and TGA/DSC. Model cancer drugs (5-Fluorouracil and Doxorubicin) were loaded onto the nanospheres. Drug release profiles of the nanospheres were determined by UV spectroscopy. The effects of the copolymer's graft yield, pH, temperature, magnetic field, and amount of drug on the drug release from the nanospheres were investigated. Stability studies of the nanospheres were performed for 4 days. The nanospheres were found to be more stable in phosphate buffered saline (pH: 7.4). Cytotoxicity test was performed by MTT analysis using L929 fibroblast normal cell and A549 cancer cell and the nanospheres was found biocompatible.
It was determined that the synthesized KRG-g-P(DMAEMA/AA)@Fe3O4 nanospheres are sensitive to magnetic field, temperature and pH, and has a high release performance. The drug release in magnetic field of KRG-g-P(DMAEMA/AA)@Fe3O4(3) nanospheres reached 100% in 4 hours. The release of  5-FU from the KRG-g-PHPMA@Fe3O4(3) nanospheres for pH 7.4 and pH 5.5 mediums  was  62% and 73% at 37 oC, while the release of 5-FU was 41% and 49% at 48 °C, respectively.
It was shown that the synthesized KRG-g-PHPMA@Fe3O4 nanosphere is sensitive to magnetic field and pH, and has a controlled release performance. The KRG-g-PHPMA@Fe3O4 nanospheres showed high release in low pH medium.