Kontrollü ilaç salımı gösteren montmorillonit içerikli agar/κ-karagenan hidrojel yara örtüsü hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of agar/κ-carrageenan hydrogel wound dressing containing montmorillonite having controlled drug release
Yazar: TÜLİN GÜRKAN
Danışman: PROF. DR. SİBEL TUNÇ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, ideal bir yara örtüsünden beklenen hemen hemen tüm gereksinimleri karşılayan ağrı kesici ve antibakteriyel özelliğe sahip agar/κ-karagenan ve agar/κ-karagenan/montmorillonit hidrojel yara örtüsü materyalleri hazırlanmıştır. Hidrojel formundaki yara örtüsü materyallerinin bazı özelliklerini iyileştirmek için fenilalanin amino asiti ile modifiye edilen montmorillonit kili (MMT) kullanılmıştır. Hidrojellerin şişme kapasitesi üzerine hidrojellerin hazırlanması esnasında başlatıcı olarak kullanılan amonyum persülfat (APS) konsantrasyonunun ve çapraz bağlayıcı olarak kullanılan tri(etilen glikol) divinil eter (TEGDE) konsantrasyonunun, reaksiyon sıcaklığının ve polisakkarit kütle oranının (magar:mκ-karagenan) etkileri araştırılmış ve optimum reaksiyon koşulları belirlenmiştir. Deneysel sonuçlar, optimum koşullar altında hazırlanan hidrojelin ([APS]= 5x10-4 M, ([TEGDE]= 5x10-4 M, reaksiyon sıcaklığı T= 70 ºC ve magar:mκ-karagenan= 1:4) denge şişme kapasitesinin % 2523 olduğunu göstermiştir. Hidrojel matriksi içerisindeki MMT konsantrasyonu artışıyla hidrojellerin şişme derecesi azalmıştır. Hidrojel matriksi içerisindeki MMT miktarının %0'dan %5'e çıkması, hidrojellerin şişme miktarının 300 dakika sonunda %2458'den %1250'ye düşmesine sebep olmuştur. Ayrıca, farklı formülasyonlar kullanılarak hazırlanan tüm hidrojeller Fick tipi olmayan şişme davranışı göstermiştir. Hidrojeller Fourier transform infrared (FTIR), X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dispersif spektroskopisi (EDS), geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) teknikleriyle karakterize edilmiştir. Hidrojel matriksi içerisindeki kil içeriğinin %0'dan %5'e arttırılmasıyla hidrojelin bozunma sıcaklığı, 256,6 ºC'den 262,1 ºC'ye çıkarılmıştır. Hidrojeldeki kil konsantrasyonunun artmasıyla hidrojellerin transparanlığı bir miktar azalmıştır. Agar/κ-karagenan ve agar/κ-karagenan/%5 MMT hidrojellerinin opasite değerleri sırasıyla 0,051 ve 0,132 olarak saptanmıştır. Geliştirilen hidrojel yara örtüsü materyallerinin şişme performansları, çeşitli simüle fizyolojik sıvılar (tuzlu su, sentetik idrar, sentetik yara sıvısı ve glikoz çözeltisi) içerisinde sistematik olarak incelenmiştir. Hidrojelin, 240 dakika sonunda, glikoz çözeltisindeki şişme derecesinin (%2682) tuzlu sudaki (%937), sentetik idrardaki (%746) ve sentetik yara sıvısındaki (%563) şişme derecesine göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Hidrojel sistemlerden anti-inflamatuar lidokain hidroklorür (LDC) ve antibakteriyel kloramfenikol (CLP) ilaçlarının salımı UV-Visible spektrofotometre ve HPLC analizleri ile incelenmiştir. İlaç salım çalışmaları, sentezlenen hidrojellerden salınan lidokain hidroklorür ve kloramfenikol miktarının, hidrojel matriksi içerisindeki montmorillonit konsantrasyonuyla kontrol edilebileceğini göstermiştir. Hidrojel matriksi içerisine kil ve ilaç ilavesiyle hidrojellerin nihai basma gerilimi arttırılmıştır. Agar/κ-karagenan ve agar/κ-karagenan/%5 MMT hidrojellerinin (LDC ve CLP ile birlikte) nihai basma gerilimi sırasıyla 38,30 kPa ve 47,70 kPa olarak ölçülmüştür. Antibakteriyel testler, kloramfenikol içeren hidrojellerin E. coli ve S. aureus'a karşı yüksek antibakteriyel etkinliğe sahip olduğunu göstermiştir. Sitotoksisite deneylerinin sonuçlarına göre, hidrojeller MG-63 hücreleriyle biyolojik olarak uyumludur. Elde edilen deneysel sonuçlar, sentezlenen lidokain hidroklorür ve kloramfenikol içerikli agar/κ-karagenan ve agar/κ-karagenan/montmorillonit hidrojellerinin yara bakım uygulamaları için büyük potansiyele sahip olduğunu ortaya koymuştur.

Abstract:
In this study, agar/κ-carrageenan and agar/κ-carrageenan/montmorillonite hydrogel wound dressing materials with painkiller and antibacterial property, which supply almost all requirements expected from an ideal wound dressing, were prepared. Montmorillonite clay (MMT) modified with phenyl alanine amino acid was used to improve the some properties of wound dressing materials in hydrogel form. The effects of the concentrations of ammonium persulfate (APS) used as initiator and tri(ethylene glycol) divinyl ether (TEGDE) used as crosslinker, reaction temperature and polysaccharide weight ratio (magar:mκ-karagenan) on the swelling capacity of the hydrogels were investigated and the optimum reaction conditions were determined. The experimental results indicated that the equilibrium swelling capacity of the hydrogel prepared under optimum conditions ([APS]= 5x10-4 M, ([TEGDE]= 5x10-4 M, reaction temperature T= 70 ºC and magar:mκ-carrageenan= 1:4) was 2523%. Swelling degree of hydrogels decreased with increasing MMT concentration within hydrogel matrix. An increase of the clay content within hyrogel matrix from 0% to 5% caused a decrease in the swelling amount of hydrogels from 2458% to 1250% at the end of 300 min. Besides, all hydrogels prepared using different formulations showed non-Fickian swelling behavior. The hydrogels were characterized by Fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission electron microscope (TEM) and differential scanning calorimeter (DSC) techniques. As the content of clay increased from 0% to 5%, the hydrogel decomposition temperature increased from 256.6 ºC to 262.1 ºC. The transparency of the hydrogels was decreased slightly with increasing clay concentration within hydrogel. The opacity values of agar/κ-carrageenan and agar/κ-carrageenan/5% MMT hydrogels were determined as 0.051 and 0.132, respectively. The swelling performances of developed hydrogel wound dressing materials were systematically investigated in various simulated physiological fluids (saline water, synthetic urine, simulated wound fluid and glucose solution). It was observed that swelling degree of the hydrogel in glucose solution (2682%) was much higher than those of saline water (937%), synthetic urine (746%) and simulated wound fluid (563%) at the end of 240 min. The release of anti-inflammatory lidocaine hydrochloride (LDC) and antibacterial chloramphenicol (CLP) drugs from hydrogel systems was investigated by UV-Visible spectrophotometer and HPLC analyses. Drug release studies showed that the amount of lidocaine hydrochloride and chloramphenicol released from synthesized hydrogels can be controlled by the concentration of montmorillonite in the hydrogel composition. Ultimate compressive strength of hydrogels was increased with addition of clay and drug into hydrogel matrix. Ultimate compressive strength of agar/κ-carrageenan and agar/κ-carrageenan/5% MMT hydrogels (with LDC and CLP) was measured as 38.30 kPa and 47.70 kPa, respectively. Antibacterial tests showed that hydrogels containing chloramphenicol have high antibacterial activity against E. coli and S. aureus. According to the results of cytotoxicity experiments, hydrogels are biocompatible with MG-63 cells. The obtained experimental results revealed that synthesized agar/κ-carrageenan and agar/κ-carrageenan/montmorillonite hydrogels containing lidocaine hydrochloride and chloramphenicol have great potential for wound care applications.