Radyasyonla sterilize edilen sefem grubu bazı antibiyotiklerde oluşan radikalik araürünlerin karakterizasyonu
Characterization of radicalic intermadiates produced in some cephem group antibiotics sterilized by radiation
Yazar: SEVGİ YÜRÜŞ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KORKMAZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Farmasötiklerin sterilizasyonları için iyonize edici radyasyon kullanımının artması bu ürünlerin radyasyonla sterilize edilebilirliğini araştıran çalışmaların artmasına yol açmıştır. Radyasyonla sterilizasyonun bir çok avantajının yanında, ışınlama sonucu örneklerde değişik yapı kinetik özelliklerine sahip radikalik araürünlerin oluşması bu sterilizasyon tekniğinin en önemli dezavantajlarından biridir. Dolayısı ile bu dezavantajın ortadan kaldırılması için sözkonusu olan araürünlerin karakterize edilmeleri gerekir. Bu çalışmada; termal duyarlıkları nedeniyle klasik yöntemlerle sterilize edilmeyen ve yaygın kullanım alanına sahip sefalosporin grubuna giren sefaleksin monohidrat (SEM); seftriakson disodyum (SEDS); sefoperazon sodyum (SES) ve sefadroksil monohidrat (SEMH) gibi dört farklı antibiyotiğin radyasyonla sterilize edilip edilemeyecekleri, gama ışınlarına tutulan bu örneklerde oluşan radikalik yapıdaki araürünler karakterize edilerek belirlendi. Bu amaca yönelik olarak, katı haldeki antibiyotik örnekleri, radyasyonla sterilizasyon için izin verilen 0.5-25 kGy doz aralığında gama ışınlarına tutularak oluşan araürünlerin özellikleri başta ESR olmak üzere UV ve IR gibi spektroskopik ve DSC termal tekniği yardımı ile incelendi.Işınlanmamış halde tüm örneklerin ESR sinyaline sahip olmadıkları buna karşın, en düşük doz değerlerinde ışınlanmış olanların bile basit yapıda ESR spektrumuna sahip oldukları belirlendi. Işınlanmış SEM ve SEMH antibiyotiklerinin, gama ışınlarına tutulmuş birçok sefalosporinde olduğu gibi, tam olarak çözünmemiş bir dublet görünümü sergileyen bir spektruma sahip oldukları gözlendi. SEDS ve SES antibiyotiklerinin ise düşük manyetik alan bölgesinde ortaya çıkan bir omuzun eşlik ettiği, daha çok singlet görünümü sergileyen bir ESR spektrumuna sahip oldukları görüldü. ESR incelemeleri, kaydedilen deneysel spektrumlardan belirlenen rezonans tepe ve çukurlarına karşı gelen sinyal şiddetleri ile çift integral alarak hesaplanan soğurma spektrumu altında kalan alanın değişik deneysel koşullar altında nasıl değiştikleri esas alınarak yürütüldü. İncelenen örneklerin ESR spektrum şekillerinin ilgilenilen aralıkta (0.5-25 kGy) dozdan ve örnek sıcaklığından bağımsız olduğu bulundu. Sinyal şiddetlerinin, örnek türüne bağlı olarak, homojen veya homojen olmayan mikrodalga (MD) doyum davranışı sergiledikleri görüldü. Hem oda hem de düşük sıcaklık MD doyum bulguları esas alınıp veri uyarlama yolu ile gözlenen deneysel spektrumlara katkı getiren kökçelerin türleri ve bu kökçelerin ölçümü yapılan niceliklere getirdikleri katkıların ağırlık oranları (I0i), durulma (P0i) ve homojensizlik (b0i) parametreleri hesaplandı. Bu bulgular değerlendirilerek incelenen dört tür antibiyotikte de en az iki değişik türde radikalin oluştuğu sonucuna varıldı. Düşük ve yüksek sıcaklıklarda spektrum şeklinin korunduğu dolayısı ile, incelemenin yürütüldüğü sıcaklık aralığında (110 K-400 K), ışınlama sonucu oluşan radikallerin başka radikallere dönüşmediği yargısına varıldı. Ancak tüm radikallerin oda sıcaklığında bile sönüme uğradıkları ve bu sönümün başlangıç evresinde çok hızlı olduğu ilerleyen dönemlerde sönüm hızlarının yavaşladığı görüldü. Yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilen tavlama deneyleri bulgularından sıcaklık arttıkça kökçe sönüm hızının arttığı belirlendi. Tavlama deneyleri bulgularından radikal sönümü ile ilgili aktivasyon enerjileri hesaplandı ve bunların çoğu organik kökenli radikaller için literatürde belirlenmiş olan aralığa düştükleri belirlendi.Değişik doz değerlerinde ışınlanan örneklerin doz-cevap eğrileri oluşturularak bu bulguları en iyi biçimde tanımlayan fonksiyonlar belirlendi. Bu fonksiyonlar kullanılarak radyasyon dozunun SEM ile en fazla %10, SEDS ile en fazla %7, SES ile en fazla %8 ve SEMH ile ise en fazla %6.7'lik bir yanılgı payı ile ölçülebileceği belirlendi. İncelenen antibiyotiklerin gama radyasyon verimlerinin, sözkonusu olan doz aralığında, düşük olduğu (G(SEM)= 0.32; G(SEDS)=0.10; G(SES)= 0.32 ve G(SEMH)=0.15) ve dolayısı ile radyasyonla sterilizasyona izin verilen 25 kGy'lik radyasyon dozunda ışınlanan bir örnekte bile ortaya çıkan moleküler yıkımın kabul edilebilir düzeyde kaldığı, bu nedenle sözkonusu olan antibiyotiklerin radyasyonla sterilize edilebilecekleri sonucuna varıldı. İncelenen antibiyotiklerin, 250 keV-20 MeV'luk foton enerjisi aralığında, kütle enerji soğurma katsayılarının yumuşak dokununkine çok yakın olması,(ölçüm alt limitlerinin geliştirilmesi durumunda), sözkonusu antibiyotiklerin sağlık alanında uygulamalarda karşılaşılan dozların ölçümünde de kullanılabileceğini gösteren bir bulgu olarak değerlendirildiIşınlanmış ve ışınlanmamış örneklerin IR spektrumları kendi içlerinde değerlendirilerek ışınlama ile ortaya çıkan yıkımların moleküllerin hangi kesimlerinde oluştuğu araştırıldı. Elde edilen bulgular ESR bulguları ile birlikte değerlendirilerek her örnek türü için kökçe modeli önerileri yapıldı. Bu yolla, ışınlama sonucu oluşan kökçelerin ESR spektrokopik parametreleri belirlenip karakterizasyonları yapıldı.UV ve DSC ölçüm tekniklerinin örneklerde oluşan moleküler yıkımların belirlenmesi konusunda gerekli duyarlığa sahip olmadıkları, ışınlanmış örnek spektrumları ve termogramları arasında anlamlı sayılabilecek ve yönlendirici nitelikte farklarının oluşmadığı belirlendi.

Abstract:
Increase in the use of ionising radiation for sterilization of pharmaceuticals has prompted researches carrying out radiosterilizability of these products. Besides the many advantages of radiation sterilization, producing radicalic type intermadiate products that have different structures and kinetic features in the drugs at the result of irradiation is the one of disadvantages of radiosterilization. So to eliminate this disadvantage, these intermediates should be characterized. In this study, possibility of radiosterilization of four different widely used antibiotics belonging to cephalosporin group which cannot be sterilized by the conventional methods because of their thermosensivity were investigated by characterizing these radicalic type intermediates produced in the gamma irradiated samples. To achieve this goal, the properties of the intermediates produced in the solid form antibiotics by gamma radiation irradiated permissible dose range of 0.5-25 kGy for radiation sterilization were examined using especially ESR, UV and IR spectroscopies and DSC thermal technique.While all unirradiated samples presented no ESR signal, it is determined that all samples irradiated even at the smallest dose present simple ESR spectra. It was observed that irradiated SEM and SEMH antibiotics exhibite unresolved dublet ESR signals similar to those obtained for the most of the irradiated cephalosporins. It was seen that SEDS and SES antibiotics exhibite an ESR signal of singlet appearance with a shoulder at low magnetic field. ESR studies were performed by monitoring the changes in the intensities of the resonance peaks determined from recorded experiment spectra and spectrum area calculated by integrating twice the signal under different experiment conditions. It was found that the patterns of the experimental ESR spectrum of the investigated samples were independent from radiation dose in the interested dose range (0.5-25] kGy and from sample temperature. The signal intensities were observed to exhibite homogenous and inhomogenous microwave saturation behaviours dependent on sample type . Radical types, their contribution weights (I0i) to measured quantity, relaxion (P0i) and inhomogenity parameters (b0i) of each radical contributing to the formation of the experimental ESR spectra were calculated by fitting the experimental microwave saturation data obtained at room and at low temperatures to model curves derived for this purpose. By evaluating the derived experimental results together it was concluded that at least two different radicals heve been produced in the studied antibiotics. The radicals produced upon irradiation were determined to decay even at room temperature. This decay was very fast at the beginning of the storage period but its rate decreased after certain time. From high temperature annealing experimental results it was found that radical decay rates increase with the increasing in temperature. Activation energies of the radicals were calculated using the high temperature annealing data and it was concluded that these activation energies fall into the energy range reported for most organic radicals in literature.Different functions were tried to elucidate experimental dose-response curves obtained for irradiated samples at different dose values and the best functions describing the curves were determined. It was concluded that by using these functions irradiation dose can be determined with an accuracy of %10 for SEM, %7 for SEDS, %8 for SES and %6.7 for SEMH. Basing on the calculated G values it was concluded that the radiosensitivities of the studied antibiotics were low and that due to low level molecular degradations even at the highest radiosterilization dose limits (25 kGy) these antibiotics can be sterilized by radiation. Mass-energy absorption coefficients of the studied antibiotics were found to be not very different from those reported for soft tissue and alanine in the 250 keV-20 MeV photon energy range. Basin on this result it was concluded that these antibiotics can be used for measuring medical doses.ESR results were evaluated with those obtained from IR and UV spectroscopies to determine the radical types produced after irradiation. Spectrum simulation calculations based on the proposed radicals models were performed and the types of the radicals and their ESR parameters were fully determined.UV spectroscopy and DSC thermal measurement technique were observed not offering supporting data in analysing ESR and IR results due to their very low sensitivities to molecular degradations produced in the radiation sterilization dose limits.