Doğal bileşenler içeren biyopolimerik lif transdermal yamaların hazırlanması karakterizasyonu ve yama bileşiminin donepezil HCl salınımına etkisi
Preparation and characterization of biopolymeric fiber transdermal patches containing natural ingredients and effect of patch composition on donepezil HCl release
Yazar: DENİZ EKŞİ
Danışman: DOÇ. DR. İLKNUR KÜÇÜK ; DOÇ. DR. EMEL AKYOL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde, ilaç tedavilerinin etkinliğini artırmak ve yan etkileri minimize etmek amacı ile geliştirilen kontrollü ilaç dağıtım sistemleri, önemli bir araştırma ve geliştirme alanını oluşturmaktadır. Bu sistemler, geleneksel ilaç dağıtım yöntemlerine kıyasla daha spesifik ve özelleştirilmiş bir yaklaşım sunarak tedavi süreçlerini iyileştirmeyi hedeflemektedir. Nanoteknoloji ve biyomalzemeler gibi yenilikçi teknolojilerin entegrasyonu ile şekillenen bu sistemler, ilaçların vücuda etkin bir şekilde salınımını sağlarken aynı zamanda hastalara da konforlu bir tedavi süreci sunmaktadır. Bu çalışmada, elektroeğirme ve solvent dökme yöntemi olmak üzere iki farklı teknik ile Alzheimer tedavisinde kullanılan donepezil hidroklorür (DNP-HCI) ilacını içeren transdermal yamalar hazırlanmıştır. Transdermal yama içerisindeki DNP-HCI ilacının kontrollü ilaç salınım karakteristiği, insan derisini simüle eden Franz difüzyon hücresi kullanılarak araştırılmış ve ilaç salınım oranları UV spektrometresi ile belirlenmiştir. Hazırlanan transdermal yamalar fiziksel özellikleri kalınlık, renk, zeta potansiyel ve stabilite analizleri ile, yapısal özellikleri Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) Spektroskopisi ile, morfolojik özellikleri elektron taramalı mikroskop (SEM) ile karakterize edilmiştir. Çözelti dökme yöntemi ile film şeklinde hazırlanan transdermal yamalarda polisakkarit esaslı biyouyumlu monomerler olarak pektin ve guar gum, plastikleştirici olarak gliserol, antibakteriyel özelliğinden dolayı borik asit kullanılmış ve kullanılan maddelerin yapı içerisindeki oranlarının çeşitlendirilmesi ile ilaç salınımını nasıl etkilediği araştırılmıştır. Çeşitli oranlarda pektin ve guar gum kullanılarak hazırlananan polisakkarit esaslı yamalarda en yüksek salınım %2 pektin, %0,1 borik asit, %2 gliserol ve %1,43 DNP- HCI içeren yamada 8 saat sonunda % 47,19 olarak belirlenirken en düşük salınım ise %2 guar gum, %0,1 borik asit, %2 gliserol ve %1,43 DNP-HCI içeren yamada % 10,67 olarak tespit edilmiştir.  Polisakkarit olarak kullanılan monemerin türünün ve yama bileşiminin ilaç salımını etkilediği ayrıca pektin oranın azalması ile ilaç  salınımının artığı görülmüştür. Elektroeğirme yöntemi ile hazırlanan biyopolimerik liflerden oluşan transdermal yamalarda biyouyumlu polimer olarak Poli(ε-kaprolakton) (PCL), doğal bileşenler olarak da antibakteriyel ajan borik asit, antioksidan içeriğine sahip bamya tohumu tozu, penetrasyon artıcı nane yağı, sarı kantaron yağı, transcutol kullanılmıştır. Transdermal yamayı oluşturan bileşenlerin oranları ve ilaç konsantrasyonu çeşitlendirilerek ilaç salınımına etkisi araştırılmış ve hem yama bileşiminin hem de yamaya yüklenen ilaç konsantrasyonunun yamanın fiziksel ve kimyasal özelliklerini üzerinde etkili olduğu görülmüştür. En yüksek ilaç salınım %5 PCL, %0,035 bamya tohumu tozu, %0,035 borik asit, %2 DNP- HCI içeren yamada 24 saat sonunda  %96,42 olarak belirlenmiştir. Her iki yöntemle hazırlanan transdermal yamalar için ilaç salınım profilleri Sıfırıncı derece, Birinci derece, Korsmeyer-Peppas ve Higuchi kinetik modelleri kullanılarak araştırılmıştır. Modeller arasında transdermal yamalar için en uygun modelin Korsmeyer-Peppas modeli olduğu belirlenmiş ve bu model için salınım kinetik değerleri bulunmuştur. Ayrıca biyouyumlu polimerler ile  film ve biyolif yapısında hazırlanan transdermal yamaların içerdiği doğal bileşenlerin stabiliteyi olumsuz etkilemediğini, biyolif yapıdaki yamalarda bileşimin optimize edilmesi ile DNP-HCI salımının etkili bir şekilde kontrol edebileceğini ortaya konmuştur.

Anahtar Kelimeler: Transdermal yama, biyopolimerik lif, elektroeğirme, kinetik model, donepezil hidroklorür (DNP-HCI)

Abstract:
Nowadays, controlled drug delivery systems, developed to enhance the effectiveness of drug therapies and minimize side effects, constitute an important area of research and development. These systems aim to improve treatment processes by providing a more specific and customized approach compared to traditional drug delivery methods. Shaped by the integration of innovative technologies such as nanotechnology and biomaterials, these systems ensure the efficient release of drugs into the body while simultaneously offering patients a comfortable treatment experience. In this study, transdermal patches containing donepezil hydrochloride (DNP-HCl), a drug used in the treatment of Alzheimer's disease, were prepared using two different techniques: electrospinning and solvent casting. The controlled drug release characteristics of DNP-HCl in the transdermal patch were investigated using a Franz diffusion cell simulating human skin, and drug release rates were determined by UV spectrometry. The prepared transdermal patches were physically characterized by thickness, color, zeta potential, and stability analysis, structurally by Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy, and morphologically by scanning electron microscopy (SEM). Transdermal patches prepared in film form by the solution casting method utilize pectin and guar gum as biocompatible polysaccharide-based monomers, glycerol as a plasticizer, and boric acid for its antibacterial properties. The investigation focuses on how varying the proportions of these components within the structure affects drug release. In polysaccharide-based patches prepared with various ratios of pectin and guar gum, the highest release was observed in the patch containing 2% pectin, 0.1% boric acid, 2% glycerol, and 1.43% DNP-HCl, reaching 47.19% after 8 hours, while the lowest release was recorded in the patch containing 2% guar gum, 0.1% boric acid, 2% glycerol, and 1.43% DNP-HCl, with a release rate of 10.67%. It was observed that the type of monemers used as polysaccharide and the composition of the patch affected the drug release and drug release increased with decreasing pectin content. Poly(ε-caprolactone) (PCL) was used as a biocompatible polymer in transdermal patches composed of biopolymeric fibers prepared via the electrospinning method. Additionally, natural ingredients including boric acid as an antibacterial agent, okra seed powder with antioxidant properties, peppermint oil as a penetration enhancer, St. John's wort oil, and transcutol were incorporated. The effect of varying the ratios and drug concentrations of the components of the transdermal patch on drug release was investigated and it was observed that both the composition of the patch and the drug concentration loaded into the patch were effective on the physical and chemical properties of the patch. The highest drug release was 96.42% after 24 hours for the patch containing 5% PCL, 0.035% okra seed powder, 0.035% boric acid, 2% DNP- HCl. The drug release profiles of transdermal patches prepared by both methods were examined using the zeroth order, first order, Higuchi, and Korsmeyer-Peppas kinetic models. The release kinetic values were determined based on the Korsmeyer-Peppas model, which was chosen as the most suitable for transdermal patches. It has also been demonstrated that the natural components present in transdermal patches prepared with biocompatible polymers in both film and biofiber structures do not adversely affect stability. Furthermore, it has been revealed that effective control of donepezil hydrochloride release can be achieved by optimizing the composition of patches in the biofiber structure.

Keywords: Transdermal patch, biopolymeric fiber, electrospinning, kinetic model, donepezil hydrochloride (DNP-HCl)