İlaç yüklü nano fiber yapılı polimerlerin tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of drug-loaded nano fiber polymers
Yazar: FATİH ÇİFTÇİ
Danışman: DOÇ. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLÜFER DUYGULU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Yüksek gözeneklilik, geniş yüzey alanı, ilaç taşıma, hücre çoğalmasına uygun ortam sağlama gibi özelliklere sahip biyopolimerlerden elde edilen nano lif (NL) yapılar, doku iskelesi, yara örtüsü, yapay damar gibi birçok biyomedikal uygulama alanlarına sahiptirler. Sentetik polimerlerden Poli-laktik asit (PLA); biyoyaralanabilirlik, biyouyumluluk ve uzun süreli biyoparçalanabilirlik özellikleri sayesinde biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak tercih edilen yenilikçi polimerlerdendir. Düşük üretim maliyeti, yüksek üretim hızı, geniş malzeme uygulanabilirliği ve lif kalitesi sürekliliği gibi özellikleriyle elektro eğirme yöntemi NL yapılı polimerlerin elde edilmesinde tercih edilmektedir. 
Bu doktora çalışmasında da amaçlanan biyomedikal uygulamalardan yara iyileştirilmesine katkı sağlayacak antibakteriyel özellikli, hücresel tutunmaları gerçekleştirebilir ve hücre canlılığı gösterebilen, ilaç salım kapasitesi yüksek, raf ömrü uzun, antioksidan içerikli ve sitotoksisite olmayan NL yapılı polimerlerin tasarımı ve geliştirilmesidir. Bu doğrultuda yapılan çalışmalar, farklı çalışma grupları altında ele alınmış olunup, elde edilen çözeltilerin özellikleri ve NL üretim parametreleri belirlenmiştir. Elde edilen NL karakterizasyonları, salım kinetiği modellemesi, antimikrobiyal analizleri ve in vitro hücre testleri ile sitotoksisitelerinin analizleri detaylı olarak gerçekleştirilmiştir.
Birinci çalışma grubu (PLA_1)'nda farklı çözücü konsantrasyonlarına sahip PLA NL üretim parametreleri, ilaç katkılaması ve NL antibakteriyel davranışlarının belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda PLA konsantrasyonu; %,8 elektro eğirme işlemi akış hızı; 0,5 mL/saat ve voltaj; 10 kV olarak belirlenmiştir.  
İkinci çalışma grubu (PLA_2); hidrofilik tutunmasını artması için PLA polimer çözeltilere nano Grafen oksit (GO), ilaç Klaritromisin (CLA) ve doğal biyoaktif antiajan olan Selenyum (Se) katkılanması çalışmalarını kapsamaktadır. Salım kinetiği testinde kümülatif % CLA salım değeri 8. saat sonunda %74,3olarak ölçülmüş, 24. saat sonunda %80,4 olarak tespit edilmiştir. Antibakteriyel testlerde GO/SE/CLA katkılamasının mikroorganizmalar üzerinde inhibisyon büyümesi olarak etkin artış gösterdiği gözlenmiştir.
Üçüncü çalışma grubu (PLA_3); ilaç Basitrasin (BAC) antioksidan Zataria Multiflora (ZM) etkisini morfolojik, antibakteriyel ve hücre sitotoksisite davranışlarının gözlemlenmesi Franz difüzyon kinetik modeli ile BAC'ın kümülatif salım kinetiği matematiksel modelinin tasarlanması çalışmalarından oluşmaktadır. ZM/BAC NL yapısının Franz difüzyon matematiksel salım kinetik modeli Zero Order olarak ortaya çıkarılmış, raf ömrünün 125 gün olarak tespit edilmiştir. Antibakteriyel testlerde PLA/BAC/ZM NL bütün mikroorganizmalar (E.coli, S.aureus, B.cereus, S.epidermidis, B.subtilis) üzerinde en iyi inhibisyon büyümeyi göstermiştir. Hücre XTT sitotoksisite testlerinde, adezyon ve 4', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) sonuçlarında kullanılan PLA/BAC/ZM NL hücrelere çok iyi derecede tutunduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Nanofiber (NF) structures obtained from biopolymers with properties such as; high porosity, large surface area, drug transport, and providing a suitable environment for cell proliferation have many biomedical application areas such as tissue scaffolding, wound dressing, artificial vessels. Poly-lactic acid (PLA) from synthetic polymers; is one of the innovative polymers that are widely preferred in biomedical applications thanks to its bioavailability, biocompatibility, and long-term biodegradability. Due to its properties as; low production cost, high production speed, wide material applicability, fiber quality continuity, etc., the electrospinning method is preferred in obtaining NF polymers.
The aim of this doctoral study is the design and development of NF structured polymers with antibacterial properties that will contribute to wound healing from biomedical applications, can achieve cellular adhesion and show cell viability, have a high drug release capacity, have a long shelf life, contain antioxidants and do not have cytotoxicity. The studies conducted in this direction were handled under different study groups, and the properties of the obtained solutions and NF production parameters were determined. The obtained NL characterizations, release kinetics modeling, antimicrobial analysis, and In vitro cell tests and cytotoxicity analyzes were carried out in detail.
In the first working group (PLA_1), studies were conducted to determine PLA NF production parameters with different solvent concentrations, drug additive, and antibacterial behavior of nanofibers. According to achieved results, the PLA concentration was determined as; 8%, electrospinning process flow rate as; 0.5 mL/hour, and voltage as; 10 kV.
The second working group (PLA_2); includes the studies of adding nano Graphene oxide (GO), drug Clarithromycin (CLA), and natural bioactive anti-agent Selenium (Se) to PLA polymer solutions to increase hydrophilic adhesion. In the release kinetics test, the cumulative % CLA release value was measured as 74.3% at the end of the 8th hour, and it was determined as 80.4% at the end of the 24th hour. In antibacterial tests, it was observed that GO / Se / CLA additive increased effectively as an inhibition growth on microorganisms.
The third working group (PLA_3); observing the effect of drug bacitracin (BAC) antioxidant Zataria Multiflora (ZM), morphological, antibacterial, and cell cytotoxicity behaviors, and designing the cumulative release kinetics model of BAC with Franz diffusion kinetic model. Franz diffusion mathematical release kinetic model of ZM / BAC NF structure has been revealed as Zero-order since antibacterial protection effect was not applied for shelf life, it was analyzed on Python and the shelf life was determined as 125 days. PLA / BAC / ZM NL showed the best inhibition growth on all microorganisms (E.coli, S.aureus, B.cereus, S.epidermidis, B.subtilis)  in antibacterial tests. It was observed that PLA / BAC / Zm nanofiber used in cell XTT cytotoxicity tests, adhesion, and 4', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) results adhered to the cells very well.