Biyomedikal uygulamalarda kullanılan fonksiyonel polimerlerin sitotoksisitelerinin incelenmesi
Investigation of cytotoxicities of functional polymers for biomedical applications
Yazar: NAZLI IRMAK GİRİTLİOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET ÜBEYDULLAH KAHVECİ ; PROF. DR. ALİ KARAGÖZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Fonksiyonel polimerler = Functional polymers

Özet:
Günümüzde, poli(etilen glikol) (PEG) bazlı fonksiyonel polimerler tıbbın farklı alanlarında önemli rollere sahiptir. İlaç taşınımında başarılı bir yaklaşım olan PEGilasyonda, PEG-ilaç konjugatlarının birçok avantajı bulunmaktadır. Konjugatın vücutta uzun süre kalabilmesi, metabolik enzimlerle bozunurluğunun az olması ve protein immünojenitesini azaltması veya elimine etmesi bu avantajlardandır.
Bu tez çalışmasının amacı, araştırma grubumuz tarafından %7 (MA046), % 17 (MA048) oranlarında N-(metakrilamido)süksinimid (NMAS) ve poli(etilen glikol) metakrilat (PEGMA) ko-monomerlerini içeren ve Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (ATRP)  ile sentezlenen suda çözünebilir süksinimidil ester fonksiyonlu aşırı dallanmış polimerlerin HeLa (İnsan servikal kanser hücre hattı) ve Vero (Afrika yeşil maymun böbrek hücre hattı)'daki sitotoksik etkilerinin incelenmesidir. Ayrıca karşılaştırılma yapılması amacı ile herhangi bir fonksiyonel grup içermeyen lineer  yapılı poliPEGMA'nın da (MA066) sitotoksisiteleri incelenmiştir. Polimerlerin %10 fetal sığır serumu (FBS) içeren minimum esansiyel medyum (MEM) ile 0,1, 1, 25, 100 ve 500 µg/ml'lik konsantrasyonları hazırlanmıştır. Bu konsantrasyonlardaki polimer örnekleri HeLa ve Vero ile 72 saat inkübe edilmiş ve bu süre sonunda sitotoksisite analizi için 3- (4,5-dimetiltiyazol-2-il)-3,5-difenil tetrazolyum bromür (MTT) testi uygulanmıştır. Her bir örnek için testler üç kez tekrar edilmiştir. Hücre canlılıkları morötesi-görünür bölge (UV-Vis) spektroskopisinde 540 nanometre (nm)'deki absorbans değerlerinin  ölçümü ile  incelenmiş  ve  sonuçlar  %  canlılığa  çevirilerek  GraphPad  Prism  programında tek-yönlü ANOVA ile istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Sonuçların güven aralığı p<0,05 anlamlı kabul edilmiştir. Her bir polimere ait medyan inhibisyon konsantrasyonu (IC50) Very Simple IC50 Tool Kit ile hesaplanmıştır. Tüm fonksiyonel polimerlerde HeLa ve Vero'da % canlılığın kontrol konsantrasyondan (0 µg/ml), 500 µg/ml konsantrasyona çıkıldıkça düştüğü görülmüştür. IC50 dozları HeLa'da MA046 için 420,6 µg/ml, MA048 için 356,3 µg/ml, MA066 için 529,5 µg/ml; Vero'da MA046 için 482,0 µg/ml, MA048  için 401,5 µg/ml, MA066 için 557,4 µg/ml olarak hesaplanmıştır. IC50 değerinin artan süksinimidil ester miktarıyla düştüğü yani polimerin daha toksik hale geldiği anlaşılmaktadır.
Sentezlenen polimerler, hesaplanan IC50 dozları altında güvenlidir. Bu çalışmaların devamıyla birlikte; hedef hücreler dışında toksik etki oluşturmayan, PEG türevi-etken madde konjugatlarının yeni ilaç salım sistemleri olarak kullanılabileceğini düşünülmektedir.


Anahtar  Kelimeler:  Fonksiyonel  polimer,  PEG,  ilaç  salım  sistemi,  sitotoksisite, MTT,
Vero, HeLa.

Abstract:
Nowadays, functional polymers based on poly(ethylene glycol) (PEG) have important roles in different fields of medicine. In PEGylation, a successful approach to drug delivery, PEG-drug conjugates have many advantages. These advantages include the ability of the conjugate to remain in the body for a long time, the degradation by metabolic enzymes being low, and the reduction or elimination of protein immunogenicity.
The aim of this thesis is to investigate cytotoxicities of water-soluble hyperbranched polymers functionalized with succinimidyl ester obtained via Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) of %7 (MA046) or % 17 (MA048) N-(methacryloxy) succinimide (NMAS) with poly(ethylene glycol) methacrylate (PEGMA) monomers on HeLa (Human cervical cancer cell line) and Vero (African green monkey kidney cell line). Concentrations of functional polymers at 0.1, 1, 25, 100 and 500 μg/ml were prepared with minimum essential medium (MEM) which contains 10% fetal bovine serum (FBS). The polymer samples at these concentrations were incubated with HeLa and Vero for 72 hours and end of the time, 3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -3,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) test was performed for cytotoxicity analysis. Three replicate experiments were made for each sample. Cell viabilities were measured by ultraviolet- visible region (UV-Vis) spectroscopy at 540 nanometers (nm) and the results were statistically evaluated by one-way ANOVA in GraphPad Prism program, converted to % viability. p <0.05 was considered significant. The median inhibitory concentration  (IC50)  of  each  polymer  was  calculated  using  the   Very  Simple  IC50  Tool  Kit.  It was observed that % viability decreased in HeLa and Vero for all functional polymers from control concentration (0 µg/ml) to 500 µg/ml. IC50 doses of HeLa for MA046 is 420.6 µg/ml, MA048 is 356.2 µg/ml, MA066 is 529.5 µg/ml; IC50 doses of Vero for MA046 is 482.0, MA048 is 401.5 µg/ml, MA066 is 557.4 µg/ml. It is understood that the IC50 dose decreases with increasing succinimidyl ester and the polymer becomes more toxic.
The synthesized polymers are safe under the calculated IC50 doses. With the continuation of these studies; it is thought that PEG derivative-active agent conjugates, which do not produce toxic effects other than the target cells, may be used as new drug delivery systems.

Keywords: Functional polymer, PEG, drug release system, cytotoxicity, MTT, Vero, HeLa.