Bamya müsilajı ve metil selüloz içeren kantaron yağı ve gentamisin katkılı fonksiyonel bir yara örtü malzemesinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of St. John's wort oil and gentamicin supplemented functional wound dressing material from okra mucilage and methyl cellulose
Yazar: ŞEYDA NUR ÇOBAN
Danışman: DOÇ. DR. ERDAL EROĞLU
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Bamya = Okra ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Gentamisinler = Gentamicins ; Hypericum perforatum = Hypericum perforatum ; Metil selüloz = Methyl cellulose ; Sarı kantaron = Hypericum perforatum

Özet:
Yara iyileşmesi için uygulanan çeşitli tedavilerin arasında yara örtü malzemeleri en sık kullanılan yaklaşımlardan biridir. Son yıllarda, yara iyileşme sürecini hızlandırmak amacıyla aktif bileşenler içeren ve doğal malzemelerden üretilen fonksiyonel yara örtü malzemeleri geliştirilmektedir. Özellikle müsilajinöz bileşenlere sahip bitkilerden elde edilen doğal malzemeler, biyouyumlu, biyobozunur, kolay bulunabilen, düşük maliyetli ve toksik olmayan özellikleri ile ön plana çıkmaktadır. Müsilaj içeriği yüksek olan bitkilerden biri olan bamyanın (Abelmoschus esculentus), içerdiği çeşitli bileşikler sayesinde yara iyileştirme sürecinde etkili olduğu bilinmektedir. Hypericum perforatum bitkisi gibi aktif doğal bileşenlerin biyomalzemelere eklenmesiyle fonksiyonel yara örtü malzemeleri elde edilmekte ve yara iyileşme sürecinde olumlu sonuçlar alınmaktadır. Yaptığımız bu çalışmada, bamya müsilajı (BM) ve metil selülozdan (MS) sarı kantaron yağı (Hp) ve gentamisin (G) katkılı fonksiyonel bir yara örtü malzemesi üretilmiştir. Enstrümantal ve biyolojik analizlerle kapsamlı bir şekilde karakterize edilen yara örtü malzemesinin yara iyileşme sürecine olan etkisi in vitro ortamda araştırılmıştır. Üretilen biyomalzemelerin yapısal ve morfolojik özellikleri Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri ile incelenmiştir. FTIR analizi sonuçlarında, Hp'ye özgü pikler HpG katkılı filmlerde açık bir şekilde gözlenmiştir. SEM analizi sonuçlarına göre, BM:MS filmlerinin yüzeyi pürüzsüz olarak gözlenirken, Hp katkılı filmlerde 1,4-2,2 µm aralığında düzgün yuvarlak şekilli porların yer aldığı bir yapı gözlenmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda Hp konsantrasyonundaki artış biyomalzemenin yapısında por oluşumuna sebep olmuş ve buna bağlı olarak su buharı geçirgenliğinin de arttığı tespit edilmiştir. Mekanik özellikleri incelemek amacıyla çekme testi gerçekleştirilmiş ve biyomalzemelerin çekme mukavemetleri 9,1-27,4 MPa aralığında bulunmuştur. Bunun yanı sıra, film kalınlıkları ideal aralığa (0,05-0,1 mm) uygun olacak şekilde 0,06-0,1 mm aralığında bulunmuştur. Biyomalzemelerin yüzey temas açıları bir gonyometre cihazı yardımıyla ölçülerek 70-110° aralığında bulunmuş ve Hp ilavesinin yüzey hidrofobisitesini azalttığı belirlenmiştir. Toplam fenolik madde miktarı ve toplam antioksidan kapasite tayini için sırasıyla Folin-Ciocalteu ve CUPRAC metotları uygulanmıştır. İçerdiği doğal bileşenler sayesinde, BM:MS/HpG biyomalzemelerinin fenolik madde içerdiği ve antioksidan özellik sergilediği görülmüştür. Antibakteriyel aktivite tespiti için gerçekleştirilen disk difüzyon ve bakteri geçiş testlerinden elde edilen sonuçlarda, HpG içeren biyomalzemelerde belirgin zonlar görülmüş ve bu filmlerin bakteri geçişini engellediği gözlenmiştir. Ayrıca, ImageJ programında yapılan analizlerde, S. aureus için 2,0-2,2 cm ve E. coli için 2,1-2,4 cm aralığında zonlar ölçülmüştür. Çalışma kapsamında üretilen biyomalzemelerin sitotoksisitesi, in vitro ortamda BJ hücre hattı kullanılarak MTT canlılık testi ile belirlenmiştir. Sonuçlara göre, HpG içeren biyomalzeme ekstraktlarının tümünde %70'in üzerinde hücre canlılığı tespit edilmiştir. Diğer yandan aynı hücre hattı (BJ) kullanılarak gerçekleştirilen çizik testinde, Hp ilavesi ile yara kapama hızının arttığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, tamamen doğal ajanlar kullanarak geliştirdiğimiz yara örtü malzemesinin içeriğindeki BM, MS, Hp ve G arasındaki sinerjistik etkilerin ilk defa çalışılması ve farklı fonksiyonel özellikleri ile literatüre yenilik getirilmiştir. Elde ettiğimiz bulgular neticesinde, geliştirdiğimiz biyomalzemenin farklı biyoteknolojik uygulamalarda da kullanılabileceği ve yara iyileşme sürecindeki etkisini daha iyi anlamak amacıyla in vivo yara modeli üzerinde denenebileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Wound dressing materials are one of the most common approaches among various treatments for wound healing. In recent years, functional wound dressing materials with active components and natural materials have been developed to speed up the wound healing process. Natural materials, especially from plants with mucilaginous components, stand out with their biocompatible, biodegradable, easy-to-find, low-cost, and non-toxic features. Okra (Abelmoschus esculentus), one of the plants with high mucilage content, is known to be effective in the wound-healing process of its various compounds. Functional wound dressing materials were obtained by adding active natural components such as Hypericum perforatum plant to biomaterials and positive results were obtained during the wound healing process. In this study, a functional wound dressing material was produced from okra mucilage (OM) and methyl cellulose (MC) with the addition of St. John's wort oil (Hp) and gentamicin (G). The wound dressing materials (BM: MS and BM: MS/HpG) have been extensively characterized by instrumentation and biological analysis, and the effects on the wound healing process have been researched in vitro environment. The structural and morphological properties of the biomaterials have been examined by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscope (SEM) analyses. Results of FTIR analysis showed that specific peaks of Hp have been observed in HpG-additive films. According to the SEM analysis results, the surface of the BM: MS films was observed smoothly, while Hp additive films have seen a structure with smooth round-shaped pores in the range of 1.4 to 2.2 µm. In line with these results, the increase in Hp concentration has increased the formation of pores and consequently increased water vapor permeability. In the results of the tensile test to examine the mechanical properties of the biomaterials, the tensile strengths have been found in the range of 9.1 to 27.4 MPa. Additionally, film thicknesses were within the range of 0.06 to 0.1 mm, which is suitable for the ideal range (0.05-0.1 mm). The surface contact angles of the biomaterials were measured using a goniometer device to be found within a range of 70⁰ to 110⁰ and determined that the addition of Hp reduces surface hydrophobicity. The Folin-Ciocalteu and CUPRAC methods were applied respectively for the determination of the total phenolic content and total antioxidant capacity of the biomaterial extracts. According to the results of the analysis, biomaterials have phenolic content and antioxidant properties due to the natural components they contain. The results of disk diffusion and bacterial transmission tests for the determination of antibacterial activity showed significant zones in film samples containing HpG and found that these films prevented the transmission of bacteria. Also, in the analysis performed with Image J, the zones were measured in the range of 2.0 to 2.2 cm for S. aureus and 2.1 to 2.4 cm for E. coli. The cytotoxicity of biomaterial extracts was determined by in vitro MTT cell proliferation assay using the BJ cell line. For the biomaterial extracts containing HpG, BJ cell viability was determined more than 70%. On the other hand, in the scratch assay, it was determined that the wound closure rate increased with Hp added to the biomaterials. Eventually, the synergistic effects of the components (OM, MC, Hp, and G) in the wound dressing material that we developed using completely natural agents have been studied for the first time and the literature has been innovated with different functional properties of this wound dressing material. As a result of our findings, it was concluded that the biomaterial we developed could also be used in different biotechnological applications and could be tested on the in vivo models to better understand the impact of the wound healing process.