Viral hastalıkları tedavi potansiyeline sahip kitosan bazlı hidrojel sentezi, karakterizasyonu ve ilaç salım davranışının incelenmesi
Synthesis, characterization and drug release behavior of chitosan-based hydrogel with the potential to treat viral diseases
Yazar: NUH YAMAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVİL ERDOĞAN
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Antiviral ajanlar = Antiviral agents ; Kitosan = Chitosan ; Kopolimerler = Copolymers ; Manyetik rezonans spektroskopi = Magnetic resonance spectroscopy ; X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Hepatit B ve HIV enfeksiyonları dünya çapında milyonlarca insanın hayatını olumsuz etkileyen ve ölüm riski yüksek olan enfeksiyonlardır. Oldukça uzun süreli tedavi gerektiren bu enfeksiyonların tedavisinde kullanılan antiviral ilaçların yarı ömürleri ve biyoyararlanımları düşük olduğundan hastalara daha sık ve yüksek ilaç dozlaması uygulanmaktadır. Bu da toksisiteye yol açmaktadır. Bu nedenle, antiviral ilaçların dozlama sıklığını azaltan ve kontrollü salım ile ilacın dozunu terapötik seviyede tutarak ilacın biyoyararlanımını arttıran polimerik ilaç salım sistemlerinin geliştirilmesi bir ihtiyaç haline gelmiştir. Bu çalışmada, antiviral ilaçlar Tenofovir ve Raltegravirin biyoyararlanımlarının iyileştirilmesi için kitosan/2-hidroksipropil-β-siklodekstrin (HP-β-CD) bazlı hidrojel sentezlenmesi, karakterizasyonunun yapılması ve ilaç salım davranışlarının incelenmesi amaçlandı. Biyouyumlu, biyobozunur ve toksik olmayan kitosan ve HP-β-CD biyopolimerleri kullanılarak gluteraldehit ile çapraz bağlı kitosan/HP-β-CD hidrojeli sentezlendi ve jelleşme yüzdesi hesaplandı. Sentezlenen hidrojelin karakterizasyonu Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-ışını Kırınımı (XRD) ve Proton Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi (1H-NMR) analizleriyle yapıldı. Ayrıca, sentezlenen hidrojellerin zamana karşı şişme miktarları belirlendi. UV spektrofotometre analizleriyle hidrojellerin Raltegravir ve Tenofovir salım miktarları incelendi. Çalışma sonucunda, sentezlenen kitosan/HP-β-CD hidrojelinin %78 civarında bir jelleşme oranına ve hidrojelin içerdiği HP-β-CD oranına bağlı olarak saf suda kendi kuru ağırlığının 16 katına kadar şişme kapasitesine sahip olduğu görüldü. FTIR, SEM, XRD ve 1H-NMR analizleri hidrojeli oluşturan hammadeler arasındaki etkileşimleri ortaya koyarak kitosan/HP-β-CD hidrojelinin başarılı bir şekilde sentezlendiğini ve antiviral ilaçlarla yüklendiğini gösterdi. SEM analizi sentezlenen hidrojelin hemen hemen homojen büyüklükte bir gözenek yapısına sahip olduğunu ortaya koydu. İlaç yüklü hidrojellerde ise gözeneklerin ilaç molekülleriyle dolu olduğu ve Evasif ilacının agregasyon oluşturduğunu gösterdi. XRD analizi sentezlenen hidrojelin 20° civarında geniş bir amorf pik verirken, antiviral ilaç raltegravir yüklü hidrojelin çok kristalin bir yapı sergilediğini gösterdi. 1H-NMR analizi de sentezlenen ilaç yüklü hidrojellerin yapısını ve antiviral ilaçlarla olan etkileşimini ortaya koydu. Sentezlenen kitosan/HP-β-CD hidrojellerinin antiviral ilaçlar Raltegravir ve Tenofovirin salımında sürekli salım potansiyeline sahip oldukları görülmüştür. Sentezlenen kitosan/HP-β-CD hidrojelinin özellikle antiviral ilaç Tenofovir için uygun bir ilaç salım sistemi olabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Hepatitis B and HIV are infections that negatively affect the lives of millions of people worldwide and bring a high risk of death. Since the half-lives and bio-availability of the antiviral drugs, used in the treatment of these infections which require quite long-term treatment, are low, more frequent and high drug dosing are applied to the patients. This leads to toxicity. For this reason, polymeric drug delivery systems that reduce the dosing frequency of antiviral drugs and increase the bioavailability of the drug by keeping the dose of the drug at the therapeutic level with controlled release have become a necessity. In this study, it was aimed to synthesize and characterize a chitosan/2-hydroxypropyl-β-cyclodextrine (HP-β-CD)-based hydrogel to improve the bioavailability of the antiviral drugs tenofovir and raltegravir, and to examine their drug release behavior. By using biocompatible, biodegradable and non-toxic chitosan and HP-β-CD biopolymers, glutaraldehyde cross-linked chitosan/HP-β-CD hydrogel was synthesized and the gelation percentage was calculated. Characterization of the synthesized hydrogel was performed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD) and Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (1H-NMR) analyzes. In addition, the amount of time swelling of the synthesized hydrogels was investigated. The raltegravir and tenofovir release amounts of the hydrogels were investigated by UV spectrophotometer analysis. As a result of the study, it was observed that the synthesized chitosan/HP-β-CD hydrogel had a gelation rate of around 78% and a swelling capacity of up to 16 times its dry weight in pure water, depending on the HP-β-CD content of the hydrogel. FTIR, SEM, XRD and 1H-NMR analyzes revealed the interactions between the raw materials forming the hydrogel, showing that the chitosan/HP-β-CD hydrogel was successfully synthesized and loaded with antiviral drugs. SEM analysis revealed that the synthesized hydrogel had an almost homogeneous pore structure. On the other hand, in drug-loaded hydrogels, it was revealed that the pores were filled with drug molecules and the Evasive aggregated. XRD analysis revealed that the synthesized hydrogel had a broad amorphous peak around 20°, while the hydrogel loaded with the antiviral drug raltegravir exhibited a polycrystalline structure. 1H-NMR revealed the structure of the synthesized drug-loaded hydrogels and their interaction with antiviral drugs. The synthesized chitosan/HP-β-CD hydrogels have been shown to have sustained-release potential in the release of the antiviral drugs raltegravir and tenofovir. It is thought that the synthesized chitosan/HP-β-CD hydrogel may be a suitable drug release system especially for the antiviral drug tenofovir.