Organik-inorganik hibrit nanokompozit malzemenin hazırlanması, karakterizasyonu, optimizasyonu ve uygulaması
Preparation, characterization, optimization and application of organic-inorganic hybrid nanocomposite material
Yazar: SİMGE ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. MÜNİRE NALAN DEMİR
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Deney tasarımı = Experimental design ; Kurkumin = Curcumin ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; İlaç dağıtım sistemleri = Drug delivery systems

Özet:
Kurkumin, zerdeçal (Curcuma longa) köklerinde bulunan ve antioksidan, antienflamatuar, antimikrobiyal ve antikanserojenik aktiviteler sergileyen doğal bir polifenoldur. Kurkumin sahip olduğu olağanüstü biyolojik özellikleri nedeniyle farmasötik açıdan ilgi çekici bir terapötik ajandır. Bu umut verici biyomedikal özelliklere rağmen, serbest kurkumin moleküllerinin sudaki çözünürlüğünün az olması nedeniyle klinik etki ve biyoyararlanımı düşüktür. Bu nedenle, çözünürlüğünü ve biyouyumluluğunu arttırmak için ilaca uygun bir dağıtım sistemi sağlamak esastır.

Bu çalışmada, nanokompozit malzemelerin sahip oldukları üstün özellikler ile moleküler baskılanmış polimerlerin kompozitlere kattığı yüksek seçicilik, mekanik kararlılık, tekrar kullanılabilirlik gibi üstün özelliklerinden yararlanılarak kurkuminin spesifik bağlanması ve kontrollü salımı için karbon bazlı moleküler baskılanmış nanokompozit ilaç dağıtım sistemi geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu amaçla, fonksiyonel monomer olarak kitosan ve derin ötektik çözücü ve fulleren kullanılarak hazırlanan CTS-DES-FUL@MIP nanokompoziti, deneysel tasarım ile dizayn edilmiş ve miniemülsiyon polimerizasyonuna göre sentezlenmiştir. Sentez parametrelerini etkileyen sekiz değişkenin (kitosan miktarı, fulleren miktarı, SDS hacmi, karıştırma hızı, sıcaklık, çapraz bağlayıcı miktarı, hegzadekan miktarı ve DES miktarı) taranması Plackett-Burman tasarımı ile yapılarak kurkuminin adsorpsiyonu için önemli olan parametreler belirlenmiştir. Daha sonra bu parametreler, tepki yüzeyi metodolojisi ile optimize edilmiştir. Ayrıca, optimize koşullar altında sentezlenen CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitinin spesifik bağlanmasının belirlenmesi amacıyla adsorpsiyon parametrelerinin optimizasyonu ve adsorpsiyon performansı incelenmiştir. CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitinden kurkuminin kontrollü salımı, simüle edilmiş gastrointestinal sıvılarında inkübasyon yöntemiyle araştırılmıştır. CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitinden 120 saatlik sürenin sonunda salım %96,90 oranında gerçekleşmiştir. Buna dayanarak, baskılama işlemine bağlı olarak kurkumin ile CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitin fonksiyonel monomerleri arasındaki yüksek spesifik etkileşimler nedeniyle uzun sürede salımın gerçekleştiği söylenebilir. Sonuç olarak, sentezlenen kurkumin baskılanmış polimerin kurkumin için etkili bir taşıyıcı olabileceği söylenebilmektedir.

Abstract:
Curcumin is a natural polyphenol found in turmeric (Curcuma longa) roots and exhibits antioxidant, anti-inflammatory, antimicrobial and anticarcinogenic activities. Curcumin is a pharmaceutically interesting therapeutic agent due to its extraordinary biological properties. Despite these promising biomedical properties, clinical efficacy and bioavailability are low due to the low solubility of free curcumin molecules in water. Therefore, it is essential to provide the drug with an appropriate delivery system to increase its solubility and biocompatibility.

In this study, it is aimed to develop a carbon-based molecularly imprinted nanocomposite drug delivery system for the specific binding and controlled release of curcumin by utilizing the superior properties of nanocomposite materials and the superior properties of molecularly imprinted polymers such as high selectivity, mechanical stability and reusability. For this purpose, CTS-DES-FUL@MIP nanocomposite prepared using chitosan and deep eutectic solvent as functional monomers and fullerene was designed with experimental design and synthesized according to miniemulsion polymerization. Eight variables (chitosan amount, fullerene amount, SDS volume, mixing speed, temperature, crosslinker amount, hexadecane amount and DES amount) affecting the synthesis parameters were scanned with the Plackett-Burman design and the parameters that are important for the adsorption of curcumin were determined. These parameters were then optimized by the response surface methodology. In addition, the optimization of adsorption parameters and adsorption performance were investigated in order to determine the specific binding of CTS-DES-FUL@MIP nanocomposite synthesized under optimized conditions. The controlled release of curcumin from the CTS-DES-FUL@MIP nanocomposite was investigated by incubation in simulated gastrointestinal fluids. Release from CTS-DES-FUL@MIP nanocomposite were 96.90%, after 120 hours. Based on this, it can be said that the long-term release occurs due to the highly specific interactions between curcumin and the functional monomers of the CTS-DES-FUL@MIP nanocomposite due to the imprinting process. As a result, it can be said that the synthesized curcumin-imprinted polymer can be an effective carrier for curcumin.