Rifaksimin yüklü misellerin üretilmesi ve biyolojik aktivitelerinin değerlendirilmesi
Production of rifaximin loaded micelles and evaluation of their biological activity
Yazar: SEHER AR
Danışman: PROF. DR. SERAP DERMAN ; ÖĞR. GÖR. PELİN PELİT ARAYICI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Rifaksimin (RFX) özellikle enterik patojenler üzerinde etkinliği kanıtlanmış, geniş spektrumlu bir antibiyotiktir. Sulu ortamlardaki düşük çözünürlüğü ve buna bağlı olarak sınırlı biyoyararlanımı, terapötik etkinliğini önemli ölçüde azaltmaktadır. Öyle ki yapılan klinik çalışmalar, uygulanan RFX dozunun büyük bir kısmının işleme uğramadan vücuttan atıldığını göstermektedir. Bir etkin maddenin biyoyararlanımı çözünürlüğü ile doğrudan ilişkili olduğundan RFX gibi hidrofobik etkin maddelerin çözünürlüğünü artırmak için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Etkin maddenin, amfifilik moleküllerin sulu ortamlarda kendiliğinden oluşturduğu misellere yüklenmesi bu amaç için kullanılan en temel yöntemlerden biridir. Hidrofobik etkin madde misellere yüklenerek sulu ortamlarda çözünürlüğünün iyileştirilmesinin yanı sıra bozunmaya karşı korunması, kontrollü salım yapılarak doz alım sıklığının azaltılması ve plazmadaki ilaç konsantrasyonunun terapötik pencerede tutulabilmesi sağlanmaktadır. Bu tez kapsamında, RFX etkin maddesinin metoksi poli(etilen glikol)-blok-poli(ε-kaprolakton) (mPEG-b-PCL) misellere yüklenerek çözünürlüğünün ve biyoyararlanımının artırılması hedeflenmiştir. Hedef doğrultusunda ilk olarak mPEG-b-PCL diblok kopolimeri, ε-kaprolakton (ε-CL)'un; mPEG'in başlatıcı olduğu, kalay oktoat (SnOct2) katalizörlüğünde ve mikrodalga destekli olarak gerçekleşen halka açılması polimerizasyonuyla sentezlenmiştir. Polimerin başarılı bir şekilde sentezlenmesinin ardından literatürde ilk kez RFX yüklü mPEG-b-PCL miseller, nanoçöktürme yöntemiyle üretilerek biyouyumluluğunun, antioksidan aktivitesinin, antibakteriyel aktivitesinin ve stabilitesinin artması sağlanmıştır. Ayrıca bu miseller kitosan (CS) ile kaplanarak RFX yüklü mPEG-b-PCL misellerin stabilitesinin artırılması hedeflenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları sonucunda optimum koşularda üretilen RFX yüklü mPEG-b-PCL misellerin (OPT-M) ortalama boyutu 75,18 nm, polidispersite indeksi (PDI) 0,081 ve zeta potansiyeli -5,60 mV olarak ölçülmüş, enkapsülasyon etkinliği %89 olarak hesaplanmıştır. Miseller optimum koşullarda CS ile kaplandığında (OPT-C-M) ortalama boyutları 213,95 nm, PDI değerleri 0,250 ve zeta potansiyelleri +28,4 mV olarak ölçülmüştür. Misellerin morfolojik yapısı ve PDI değerleri göz önünde bulundurulduğunda, küresel formda ve uniform boyut dağılımına sahip oldukları anlaşılmaktadır. Ayrıca kolloidal stabilite çalışması sonuçları CS kaplamanın stabiliteyi artırma yönündeki başarısını kanıtlamaktadır. Her iki formülasyonda üretilen misellerin serbest RFX'in antioksidan aktivitesinde önemli bir artış sağladığı görülmüştür. Misellerin antibakteriyel aktivitesi Staphylococcus aureus üzerinde incelenmiştir. Serbest RFX'in minimum inhibisyon konsantrasyonu (MİK) 0,125 µg/mL iken OPT-M örneğinin 0,015 µg/mL, OPT-C-M örneğinin ise 0,031 µg/mL olarak hesaplanmıştır. Ayrıca yapılan biyouyumluluk analizi sonucunda 24 ve 72 saat sonunda antibakteriyel aktivite görülen konsantrasyonlarda L929 hücre canlılığının %80'in üzerinde olduğu görülmüş, yüksek biyouyumluluğa sahip formülasyonların geliştirildiği kanıtlanmıştır.

Abstract:
Rifaximin (RFX) is a broad-spectrum antibiotic with proven efficacy especially against enteric pathogens. However, its low solubility in aqueous media and consequent limited bioavailability significantly reduces its therapeutic efficacy. In fact, clinical studies show that most of the administered RFX dose is eliminated from the body without being processed. Since the bioavailability of an active pharmaceutical ingredient is directly related to its solubility, various methods have been developed to increase the solubility of hydrophobic active substances such as RFX. Loading the active pharmaceutical ingredient into micelles that formed spontaneously by amphiphilic molecules in aqueous environments is one of the basic methods used for this purpose. By loading the hydrophobic agent onto the micelles, it is ensured that its solubility is improved in aqueous media, as well as protection against degradation, reduction of dose intake frequency, and keeping the drug concentration in the plasma within the therapeutic window by controlled release. This thesis, it is aimed to increase the solubility and bioavailability of the RFX agent by loading it into methoxy poly(ethylene glycol)-block-poly(ε-caprolactone) (mPEG-b-PCL) micelles. In this context, firstly, the mPEG-b-PCL diblock copolymer was synthesized through microwave-assisted ring-opening polymerization of ε-caprolactone (ε-CL) using by stannous octoate (SnOct2) as a catalyst and mPEG as initiator. After the successful synthesis of the polymer, for the first time in the literature, RFX-loaded mPEG-b-PCL micelles were produced by nanoprecipitation, and increasing its biocompatibility, antioxidant activity, antibacterial activity and stability. In addition, it was aimed to increase the stability of RFX-loaded mPEG-b-PCL micelles by coating these micelles with chitosan (CS). As a result of characterization studies, the average size of RFX-loaded mPEG-b-PCL micelles produced under optimum conditions (OPT-M) was measured as 75.18 nm, polydispersity index (PDI) as 0.08 and the zeta potential as -5.60 mV, and the encapsulation efficiency was calculated as 89%. When micelles were coated with CS under optimum conditions (OPT-C-M), their average size was measured as 213.95 nm, PDI values were 0.250 and zeta potential was +28.4 mV. Considering the morphological structure and PDI values of the micelles, it is understood that they have a spherical form and uniform size distribution. In addition, the results of the colloidal stability study prove the success of the CS coating in increasing the stability. It was observed that the micelles produced in both formulations provided a significant increase in the antioxidant activity of free RFX. The antibacterial activity of micelles was examined on Staphylococcus aureus. While the minimum inhibition concentration (MIC) of free RFX was 0.125 µg/mL, it was calculated as 0.015 µg/mL for the OPT-M and 0.031 µg/mL for the OPT-C-M. However, as a result of the biocompatibility analysis, it was observed that L929 cell viability was over 80% at concentrations that showed antibacterial activity at the end of 24 and 72 hours and it has been proven that formulations with high biocompatibility have been developed.