İnsülinin mikroenkapsülasyonu ve kontrollü salımı
Microencapsulation and controlled release of insulin
Yazar: ÖZGE YILMAZ
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM IŞILDAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Diabetes mellitus = Diabetes mellitus ; Kontrollü ilaç salımı = Controlled drug release ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; İnsülin = Insulin

Özet:
Diyabet (Diabetes Mellitus) dünya çapında milyonlarca insanı etkileyen ve tanı sayısı giderek artan en yaygın hastalıklardan birisidir. İnsülin, tip-1 diyabet için kullanılan ana tedavi yöntemidir. Günümüzde insülin tedavisi; insülinin subkutan enjeksiyonu ile yapılmaktadır. Oral insülin uygulaması subkutan enjeksiyonla kıyaslandığında, yüksek hasta uyumu, uygulama sırasında ağrı, acı hissiyatı olmaması, olası hipoglisemi ve diğer yan etkileri engelleme gibi avantajlara sahiptir. Ancak oral yolla serbest insülin alındığında gastrointestinal sistemde hızlı bir şekilde enzimatik bozulmaya uğramakta ve bağırsak epitelyumunda emilimi azalarak biyoyararlanımı düşmektedir. Bu nedenle insülini bozulmaya karşı koruyacak bir taşıyıcı sistemin geliştirilmesi önem arz etmektedir.
Bu çalışmada, karboksimetilselüloz (CMC)/Kolajen ve CMC/Kitosan insülin taşıyıcı hidrojel sistemler geliştirilmiştir. CMC/Kolajen ile hazırlanan örneklerde pH'a duyarlı şişme davranışı gözlenmesine rağmen in vitro salım testlerinde bu davranış gözlenmemiştir. Bu nedenle CMC ve kitosan polimerleriyle oluşturulan hidrojel, insülin taşıyıcı sistem olarak belirlenmiştir. CMC/Kitosan hidrojellerinin oluşmasında en iyi mol oranı 3/1 ve çapraz bağlayıcı oranları %1 sitrik asit (CA)+%1 sodyum tripolifosfat (TPP) olarak belirlenmiştir. Hidrojel sistemlerin karakterizasyonunda SEM, FTIR, simüle edilmiş mide (SGF) ve bağırsak sıvılarında (SIF) şişme testleri ve enzimatik bozulma testleri yapıldı. Hidrojeller, SGF ortamında sınırlı şişme davranışı gösterirken, SIF ortamında maksimum ağırlığının 45 katına kadar şişerek parçalanmaya uğramıştır. Enzimatik bozulma testleri, hidrojellerin pankreatin enzimi varlığında SIF ortamında hızlı bir şekilde bozulmaya uğradığını gösterirken, pepsin enzimi içeren mide ortamında önemli bir bozulmaya uğramadan ağırlığının büyük oranda korunduğunu göstermektedir. İn vitro salım çalışmalarında, enkapsülasyon verimi %81,2 olan hidrojel örneğinin SGF ortamında 2 saatin sonunda %25, SIF ortamında ise sırasıyla 2.,4. ve 24.saatin sonunda %37,43, %43,57, %65,64 oranında insülin salımı gerçekleştirmiştir. Sonuç olarak, hazırlanan hidrojeller içerisine insülin mikroenkapsülasyonu gerçekleştirilmiş ve kontrollü salım profilleri incelenmiştir. Üzerinde yapılacak iyileştirmeler ile geliştirilen hidrojel yapıların oral yoldan insülin iletiminde kullanılabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Diabetes (Diabetes Mellitus) is one of the most common diseases that affects millions of people worldwide and the increasing number of diagnoses. Insulin is the main treatment for type 1 diabetes. Nowadays, insulin treatment; administered by subcutaneous injection of insulin. When oral insulin administration is compared to subcutaneous injection, it has the advantages of preventing high patient compliance no pain and suffer during the application, possibility hypoglycemia and other side effects. However, when free insulin is taken orally, it undergoes rapid enzymatic degradation in the gastrointestinal tract and bioavailability decreases by decreasing absorption in the intestinal epithelium. Therefore, it is important to develop a carrier system that will protect insulin against degradation.
In this work, carboxymethyl cellulose (CMC)/collagen and CMC/chitosan insulin carrier hydrogel systems were developed. Although pH-sensitive swelling behavior was observed in the samples prepared with CMC/Collagen, this behavior was not observed in in vitro release tests. For this reason, the hydrogel formed with CMC and chitosan polymers was determined as the insulin delivery system. The best CMC/Chitosan mol ratio of 3/1 and best crosslinkers ration of %1 citric acid (CA) + %1 sodium tripolyphosphate (TPP) was determined for formation of hydrogel. These hydrogel systems were characterized by, FTIR, SEM, simulated gastric fluid (SGF) and simulated intestinal fluid (SIF) swelling tests and enzymatic degradation tests. While the hydrogels showed limited swelling behavior in SGF media, they swelled up to maximum 45 times their weight in SIF media and underwent disintegration. Enzymatic degradation tests show that hydrogels undergo rapid degradation in the SIF medium in the presence of pancreatin enzyme, while they showed no obvious weight loss in SGF with the presence of pepsin enzyme. In vitro release studies, In SGF, insulin release rates of hydrogel sample with encapsulation efficiency of 81.2% was 25% after 2 hours. In contrast, the release rates of insulin %37,43, %43,57, %65,64 respectively after 2,4,24 hours in SIF. In conclusion, insulin microencapsulation was performed into the prepared hydrogels and their controlled release profiles were investigated. It is predicted that the hydrogel systems developed with the improvements to be made on it will be used for oral insulin delivery.