Protein esaslı doğal makromolekül jelatinden ilaç taşıyıcı sistem hazırlanması ve medikal uygulaması
Preparation and medical application of drug carrier system of protein based natural macromolecule gelatin
Yazar: BÜŞRA KILLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYDAN GÜLSU
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Moleküler biyoloji, fizik, kimya ve malzeme bilimleri gibi birçok bilim dalının multidisipliner yer aldığı nanoteknoloji, ilaç ve tıp uygulamalarında çarpıcı gelişmelere fırsat sunmaktadır. Tam anlamıyla 'benzersiz olayların yeni uygulamalara olanak tanıdığı 1 ila 100 nm boyutlarında maddeyi anlama ve kontrol etme' yeteneğine sahip olan nanoteknoloji, hastalıkların teşhis ve tedavisinde giderek önem kazanmaktadır.
Kanser, günümüzde tüm dünya ülkeleri için büyük sorun oluşturan hastalıkların başında yer almaktadır. Kanser tedavisinde daha etkin tanı ve tedavi yöntemleri geliştirmede nanoteknoloji önemli avantajlar sağlamaktadır. 
Kontrolsüz hücre bölünmesi ve diğer dokulara yayılma yeteneğine sahip olan metastatik kanserin tedavisi için kemoterapi, en sık başvurulan yöntemlerden biridir. Kanserli dokulardaki neoplastik hücrelerin sınırsız çoğalabilme yeteneklerini benzersiz bir moleküler mekanizma ile engellemesi ve mitoza etki etmesi ile taksan grubu ilaçlar, en çok araştırılan kemoterapik ajanlardandır. Taksan grubu kemoterapi ajanlarından biri olan paklitakselin (Mw:853,906 g/mol) biyobozunur ve toksik olmayan nanopartikül taşıyıcı sistem içinde hapsedilmesi, ilacı dolaşım sırasında bozulmaya karşı koruyarak vücudu ilacın toksik yan etkilerinden koruyabilir ve dolayısıyla ilacın toksisitesini düşürür, dolaşım yarı ömrünü arttırır, gelişmiş farmakokinetik profil sergilemesini sağlar. Biyopolimerik partiküller biyouyumlulukları, biyobozunurlukları, toksik olmamaları ve biyoaktif molekülleri adsorbe edebilme özellikleri ile kontrollü ilaç salım sistemlerinde araştırmacıların ilgi odağı olmuştur. Doğal polimerden biri olan jelatin, kaynaklarının çokluğu, kolay elde edilmesi, güvenli plazma ve doku profili sergilemesi ile ilaç salım sistem uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Çalışmada, iki basamaklı desolvasyon yöntemi ile jelatin nanopartiküller hazırlanmıştır. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında hazırlanan nanopartiküllerin, yüzey morfolojisi ve partikül boyutu TEM ile belirlenmiştir. Buna göre 50 nm'den küçük, küresel, gözeneksiz katı jelatin nanopartiküller elde edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları sonrası paklitaksel yüklü jelatin nanopartiküller, partikül hazırlama sırasında hidrofobik ilacın, DMSO içerisinde çözülmesi ile nanopartiküllere enkapsülasyonu sağlanmıştır. Paklitaksel yüklü jelatin nanopartiküllerin enkapsülasyon etkinliği, hazırlanan nanopartiküllerin özelliklerine bağlı olarak, %100 ilaç yükleme verimliliğine sahip olduğu gözlenmiştir. İlaç yüklü partiküllerin in vitro salım profili pH: 7,4 fosfat tamponu ortamında 37 ˚C'de belirlenmiştir. Buna göre paklitaksel yüklü jelatin nanopartiküllerin ani bir salım (burst effect) olmaksızın, yaklaşık 40 güne kadar kontrollü salım profili sergilediği belirlenmiştir. 
Çalışmanın son aşamasında boş jelatin nanopartiküllerin, paklitaksel yüklü jelatin nanopartiküllerin ve serbest ilacın A549 (küçük hücreli olmayan akciğer kanseri hücre hattı) ve HT29 (kolon kanseri hücre hattı) hücre hatları üzerindeki sitotoksisitesi MTT testi ile karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlardan boş jelatin nanopartiküller, A549 ve HT29 kanser hücre hatlarında sitotoksik etki göstermemiştir. Paklitaksel yüklü jelatin nanopartiküller ise, A549 ve HT29 kanser hücre hatları üzerinde 72 saat sonunda sitotoksik etkisi sırasıyla %45 ve %45,46 olduğu gözlenmiştir. Her iki hücre hattında da partiküllerden salınan ilaç, aynı etkin bir şekilde kanser hücrelerini öldürdüğü ve her ikisinde de oldukça başarılı bir oranda sitotoksik etki gösterdiği gözlenmiştir.
Bu çalışma sonuçlarının kanser tedavisinde kemoterapinin meydana getirdiği toksik yan etkileri ortadan kaldıracak özellikte olduğu ve yeni ilaç salım sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunacağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler: Kanser, Paklitaksel, Kontrollü İlaç Salımı, Nanopartiküller, Biyopolimer, Jelatin

Abstract:
Nanotechnology, where many disciplines such as molecular biology, physics, chemistry and material sciences take place, offers opportunities for striking developments in pharmaceutical and medical applications. Nanotechnology, which is literally 'capable of understanding and controlling 1 to 100 nm sized matter where unique events enable new applications', is becoming increasingly important in the diagnosis and treatment of diseases.
Cancer is one of the diseases that pose a major problem for all countries of the world today. Nanotechnology provides important advantages in developing more effective diagnosis and treatment methods in cancer treatment.
Chemotherapy is one of the most commonly used methods for the treatment of metastatic cancer, which has the ability to uncontrolled cell division and spread to other tissues. The taxane group drugs are among the most researched chemotherapeutic agents, as they inhibit the unlimited ability of neoplastic cells in cancerous tissues to reproduce by a unique molecular mechanism and affect mitosis. The confinement of paclitaxel (Mw: 853,906 g / mol), one of the taxane group chemotherapy agents, in the biodegradable and non-toxic nanoparticle carrier system can protect the body from the toxic side effects of the drug by protecting the drug against degradation during circulation, thereby reducing the toxicity of the drug, increasing the circulatory half-life, improved pharmacokinetics. Allows to show the profile. Biopolymeric particles have been the focus of attention of researchers in controlled drug release systems with their biocompatibility, biodegradability, non-toxicity and ability to adsorb bioactive molecules. Gelatin, one of the natural polymers, is widely used in drug release system applications with its abundance of resources, easy obtaining, safe plasma and tissue profile.
In the study, gelatin nanoparticles were prepared by the two-step desolvation method. Surface morphology and particle size of nanoparticles prepared within the scope of characterization studies were determined by TEM. Accordingly, spherical, non-porous solid gelatin nanoparticles smaller than 50 nm were obtained. After characterization studies, paclitaxel-loaded gelatin nanoparticles were encapsulated into gelatin nanoparticles by dissolving the hydrophobic drug in DMSO during particle preparation. The encapsulation efficiency of paclitaxel-loaded gelatin nanoparticles has been observed to have 100% drug loading efficiency depending on the properties of the nanoparticles prepared. In vitro release profile of drug loaded particles was determined at 37 ˚C in pH: 7.4 phosphate buffer medium. Accordingly, it has been determined that paclitaxel-loaded gelatin nanoparticles display a controlled release profile for up to 40 days without a sudden burst effect.
In the last stage of the study, cytotoxicity of empty gelatin nanoparticles, paclitaxel loaded gelatin nanoparticles and free drug on A549 (non-small cell lung cancer cell line) and HT29 (colon cancer cell line) cell lines were compared with the MTT test.  From the results obtained, blank gelatin nanoparticles did not show cytotoxic effects in A549 and HT29 cancer cell lines.  On the other hand, paclitaxel loaded gelatin nanoparticles had a cytotoxic effect of 45% and 45.46% after 72 hours on A549 and HT29 cancer cell lines, respectively. It has been observed that the drug released from particles in both cell lines kills cancer cells equally effectively and has a very successful cytotoxic effect in both.
It is thought that the results of this study will eliminate the toxic side effects of chemotherapy in cancer treatment and contribute to the development of new drug delivery systems.

Keywords: Cancer, Paclitaxel, Controlled Drug Release, Nanoparticles, Biopolymer, Gelatin