Manyetik alana duyarlı polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve ilaç salımında kullanımlarının incelenmesi
The synthesis and characterization of magnetic field responsive polymers and investigation of their uses in drug delivery
Yazar: BURCU AYDOĞDU
Danışman: PROF. DR. GÜLTEN GÜRDAĞ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kalsiyum aljinat = Calcium alginate ; Kayın mantarı = Pleurotus ostreatus ; Kontrollü ilaç salımı = Controlled drug release

Özet:
Bu çalışmada, ilk önce doğal bir polimer olan sodyum aljinat (SA) ile sıcaklığa duyarlı polimer oluşturan N,N-dietilakrilamid (DE) monomerinden SA-PDE yarı-IPN jelleri elde edilmiştir. SA-PDE jellerindeki SA'ın Ca2+ iyonu ile çapraz bağlanması ile SA-PDE tam-IPN boncukları elde edilmiştir. SA-PDE jelleri, manyetik alana duyarlılık sağlamak üzere Tunceli yöresine ait Pleurotus ostreatus mantarının ekstraktı içinde biyosentezlenen manyetit (Fe3O4 : M) varlığında da sentezlenmiştir (SA-PDE-M). Manyetit, XRD, TGA, FTIR ve zeta potansiyeli ölçümleri ile karakterize edildi. SA-PDE yarı-IPN sentezi, DE monomerinin SA'ın % (w/v) 1`lik sulu çözeltisinde çapraz bağlayıcı olarak DE miktarının molce %0,8 ve %2,25 gibi iki farklı oranında N,N'-metilenbisakrilamid (NMBA), başlatıcı olarak potasyum persülfat (KPS) (monomer miktarının molce %1'i  ve % 0,5 oranında), hızlandırıcı olarak KPS miktarına eşit ağırlıkta N,N,N',N'-tetrametiletilendiamin (TEMED) kullanılarak 15oC'da gerçekleştirildi. Tam-IPN boncukların yapısal ve termal karakterizasyonu FTIR ve TGA analizleri ile gerçekleştirilmiştir. SA-PDE tam-IPN boncukların şişme davranışı, farklı pH değerlerine (pH= 5 ve 7.4) sahip tampon çözeltilerde 20o ve 37oC'da incelendi. Sıcaklığın 20oC`dan 37,5 oC'a yükselmesinin şişme denge değerlerini belirgin bir şekilde azalttığı gözlendi. Manyetit içeren SA-PDE-M tam-IPN boncukların şişme davranışı 10 mT şiddetindeki manyetik alan varlığında, pH=5'deki Asetat tampon çözeltisi (AC) içinde 20oC`da incelendiğinde manyetik alanın şişme denge değerlerini azalttığı gözlendi. Farklı konsantrasyonlardaki (25 ppm, 50 ppm ve 100 ppm) doksorubisin hidroklorür (DOX) çözeltisinde DOX yüklenmiş SA-PDE ve SA-PDE-M tam-IPN boncuklarında, DOX yükleme derecesi (LD) ve enkapsülleme verimliliği (EE) tayin edildi. SA-PDE-M tam-IPN boncuklarının LD ve EE değerlerinin SA-PDE tam-IPN boncuklarınınkinden belirgin bir şekilde yüksek olduğu tespit edildi. SA-PDE ve SA-PDE-M-DOX boncukların pH=5'te asetat tamponu (AC) ve pH=7.4'te fosfat tamponu (PBS) içinde 37,5 oC sıcaklıkta DOX salım kinetiği incelendi. Simüle edilmiş vücut sıvısında 37,5oC'da şişme ve DOX salım davranışı da incelenmiştir. Manyetit içeren ve içermeyen boncuklardan DOX salımını açıklamak için sıfır dereceden kinetik, birinci dereceden kinetik, güç yasası ve Hopfenberg modeli olarak dört farklı matematiksel model kullanılmıştır. DOX yüklemesi SA-PDE ve SA-PDE-M yarı-IPN jeline DOX ilavesi veya SA-PDE ve SA-PDE-M tam-IPN boncukların DOX çözeltisinde bekletilmesi ile iki ayrı şekilde yapıldı. İlk yöntemde DOX`un -NH3+ grupları ile sodyum aljinatın -COO- arasında hidrojen bağı oluşumu nedeni ile daha az DOX salındığı, buna karşılık ikinci yöntem ile yüklenen DOX`un daha fazla salındığı tespit edildi. Benzer durum simüle edilmiş vücut sıvısındaki DOX salım çalışmalarında da görüldü.

Abstract:
In this study, at first SA-PDE semi-IPN gels were prepared from a natural polymer: sodium alginate (SA) and N,N-diethylacrylamide (DE) monomer, which forms a temperature-sensitive polymer. SA-PDE full-IPN beads were obtained by ionic cross-linking of SA in SA-PDE gels by Ca2+ ions. SA-PDE gels were also synthesized in the presence of magnetite (Fe3O4 : M) biosynthesized in the extract of the Pleurotus ostreatus mushroom from the Tunceli region to provide sensitivity to the magnetic field (SA-PDE-M). Magnetite was characterized by XRD, TGA, FTIR and zeta potential measurements. SA-PDE semi-IPN synthesis was carried out by the polymerization of DE monomer in the 1% (w/v) aqueous solution of sodium alginate (SA) using N,N'-methylenebisacrylamide ( NMBA) as crosslinker (at 0.8% and 2.25% mole percentages of DE), using potassium persulfate (KPS) as the initiator (at 1% and 0.5% mole percentages of DE), and using N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TEMED) as accelerator with equal weight of that of KPS at 15oC. SA-PDE full-IPN beads were obtained by dropping the homogeneous SA-PDE semi-IPN gel mixture into 1% (w/v) CaCl2 solution. Structural and thermal characterization of full-IPN beads were performed by FTIR and TGA analyses. The swelling behavior of SA-PDE full-IPN beads was investigated in buffer solutions with different pH values (pH= 5 and 7.4) at 20o and 37oC. It was observed that the swelling equilibrium values decreased significantly when the temperature increased from 20oC to 37.5 oC. It was observed that the swelling values of SA-PDE-M full-IPN beads (containing magnetite) in acetate buffer solution (AC) at pH 5 at 20 oC decreased due to the presence of a magnetic field of 10 mT. DOX loading degree (LD) and encapsulation efficiency (EE) were determined on DOX-loaded SA-PDE and SA-PDE-M full-IPN beads in doxorubicin hydrochloride (DOX) solution at different concentrations (25 ppm, 50 ppm and 100 ppm). The LD and EE values of SA-PDE-M full-IPN beads were significantly higher than those of SA-PDE full-IPN beads. DOX release kinetics from SA-PDE and SA-PDE-M-DOX beads in acetate buffer (AC) at pH=5 and phosphate buffer saline (PBS) at pH=7.4 at 37.5 °C were examined. Swelling and release behavior in simulated body fluid at 37.5 °C were also investigated. Four mathematical models, zero-order kinetic, first-order kinetic, power law and Hopfenberg model, were used to explain DOX release from beads with magnetite and without magnetite. DOX loading was performed in two ways: by adding DOX to SA-PDE and SA-PDE-M semi-IPN gel or soaking SA-PDE and SA-PDE-M full-IPN beads in the DOX solution. The first method provided that less DOX was released due to the ionic interaction between -NH3+ groups of DOX and -COO- groups of sodium alginate, whereas DOX-loaded beads by the second method released more DOX. A similar finding was observed in the studies of DOX release in simulated body fluid.