Alzheimer hastalığı tedavisinde kullanılmak üzere donepezil yüklü PLGA-b-PEG nanopartiküllerinin hazırlanması ve beyne hedeflendirilmesi
Preparation and brain targeting of donepezil loaded PLGA-b-PEG nanoparticles for treatment of alzheimer's disease
Yazar: İPEK BAYSAL
Danışman: DOÇ. DR. SAMİYE YABANOĞLU ÇİFTÇİ
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Nöroloji = Neurology
Dizin: Alzheimer hastalığı = Alzheimer disease ; Donepezil = Donepezil ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Tedavi = Treatment ; İn vitro = In vitro ; İn vivo = In vivo

Özet:
Alzheimer hastalığı (AH), beynin hipokampüs ve korteks bölgelerinde geri dönüşümsüz nöron kaybı ile ortaya çıkan nörodejeneratif bir hastalıktır. Hastalığın moleküler mekanizması açık olmamakla birlikte AH'nda, neokorteksin ekstraselüler sinaptik boşluklarında amiloid beta (Aβ) proteinlerinin birikerek plaklar oluşturduğu ve nöron dejenerasyonuna yol açtığı öne sürülmektedir. Kolinesteraz inhibitörleri, AH'nda bozulan sinir iletimini düzeltmeyi amaçlayan semptomatik tedaviye yönelik bileşiklerdir. Donepezil, AH'nda klinik kullanımı olan, tersinir ve non-kompetetif bir kolinesteraz inhibitörüdür ve bütirilkolinesteraza kıyasla asetilkolinesterazı (AKoE'ı) daha özgül olarak inhibe eder. Bu tez kapsamında AH tedavisine yönelik olarak; donepezilin yan etkilerini azaltmak ve tedavi etkinliğini artırmak için donepezil yüklü poli(laktik-ko-glikolik asit)-blok-poli(etilen glikol) [PLGA-b-PEG] nanopartikülleri geliştirilmiş ve bu nanopartiküller doğrudan beyindeki Aβ fibrillerine hedeflenmiştir. Donepezil Aβ fibrillerine yönlendirildiğinden doku dağılımı minimize edilmiş, doğrudan Aβ fibrillerini destabilize edecek konsantrasyonda beyne ulaşması sağlanmıştır. Ayrıca insan beyin mikrovasküler endotel hücreleri ve astrositleri kullanılarak hücre kültürü ortamında kan beyin bariyeri modeli oluşturulmuş hazırlanan nanopartiküllerin kan beyin bariyerini geçtiği tespit edilmiştir; donepezilin koruyucu etkisini değerlendirebilmek adına da astrositlerden salınan ve nöroenflamatuar süreçte rol oynayan sitokinlerin ekspresyonları protein ve gen düzeyinde belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre fibrillerle inkübe edilen astrositlerde enflamasyona ait sitokinlerden IL-1β, IL-6, GM-CSF, TGF-β, MCP-1 ve TNF-α için hem gen hem protein düzeyinde ekspresyon artışı tespit edilmiştir. Donepezil ve donepezil yüklü nanopartikül ile uyarılma sonucunda ise bu sitokinlerden IL-1β, IL-6, GM-CSF ve TNF-α düzeylerinde anlamlı azalma hem gen ekspresyon düzeylerinde hem de protein düzeylerinde tespit edilirken TGF-β, MCP-1 sitokinleri için ise anlamlı değişiklik saptanmamıştır. Aβ(25-35) peptidinin intraserebroventriküler enjeksiyonu ile Alzheimer benzeri model oluşturulmuştur. Tedavi sürecinin ardından farmakolojik deneyler tamamlandıktan sonra sıçanların beyin dokusu çıkarılarak homojenize edilmiştir.  Hayvan beyin dokularının homojenize edilmesini takiben homojenatlarda asetilkolinesteraz aktivite tayini yapılmıştır. Bu sonuçlara göre Aβ(25-35) fibrilleri kullanılarak AH modeli oluşturulmuş olan sıçan grubunda aktivitenin anlamlı ölçüde arttığı saptanmıştır. Donepezil yüklü nanopartiküllerin donepezilden daha etkin davranarak aktiviteyi anlamlı şekilde inhibe ettiği saptanmıştır. Bu sonuçlardan yola çıkarak donepezil yüklü nanopartiküllerin AKoE aktivitesini inhibe etme güçlerinin donepezile oranla daha fazla olduğu söylenebilir. Bu da nanopartiküllerden donepezilin kontrollü olarak salındığının, etki süresinin daha uzun olmasının ve hedeflemenin başarılı olmasının bir sonucu olarak değerlendirilebilir.

Abstract:
Alzheimer's disease (AD) is an irreversible and progressive neurodegenerative disease, which is caused by irreversible loss of neurons in the hippocampus and cortex regions of the brain. Although the molecular mechanism of the disease is still unclear, the deposition of the amyloid beta (Aβ) proteins (senile plaques) in the extracellular synaptic spaces of the neocortex is suggested to play a major role in progress of AD. Cholinesterase inhibitors are compounds that are used for symptomatic treatment of neuron transmission improvement in AD. Donepezil is a reversible and non-competitive cholinesterase inhibitor that preferably inhibits acetylcholinesterase compared to butyrylcholinesterase and is clinically used for treatment of AD. In the frame of this thesis, we developed donepezil loaded poli (laktic-co-glycolic acid)-block-poli (ethylen glycol) [PLGA-b-PEG] nanoparticles to increase efficiency of treatment in AD and to reduced the side effects of donepezil nanoparticles were directly targeted to the Aβ fibriles. By targeting donepezil to the brain in sufficient concentration we destabilized Aβ fibrile formation and minimized its tissue distrubition. Furthermore by setting up a blood brain barrier model in vitro, using microvascular endothelial cells and astrocytes we determined that this prepared nanoparticles passed across the blood brain barrier. In this set up we also evaluated the protective effect of donepezil on astrocytes in neuroinflammation by assessing cytokine expressions both in protein and gene levels. According to these results for inflammation cytokines IL-1β, IL-6, GM-CSF, TGF-β, MCP-1 and TNF-α, increase in both expression and protein levels was detected on astrocytes which were incubated with amyloid fibrils. After free donepezil and donepezil loaded nanoparticle administration to these stimulated astrocytes a significant decreased in both gene expression and protein levels were detected for IL-1β, IL-6, GM-CSF and TNF-α, whereas there were no significant changes observed for TGF-β and MCP-1. In vivo Alzheimer model was created using intracerebroventricular injection of Aβ(25-35) peptide. After the treatment period brain tissues of rats were removed and homogenized. Following the homogenization of the brain tissues; acetylcholinesterase activities were determined in each sample. According to the results acetylcholinesterase activity of Alzheimer model rats achieved with icv Aβ(25-35) injection were found to be significantly increased. Effect of donepezil loaded nanoparticles in this animal model were found to be more effective than free donepezil and significantly inhibited the acetylcholinesterase activity. Based on these results, ability of donepezil loaded nanoparticles to inhibit acetylcholinesterase activity is stronger than high dose free donepezil. The reason for this can be attributed to the controlled release of donepezil, longer duration of action and successful targetting of nanoparticles.