Kitosan türevlerini içeren hidrojellerin ve çözeltilerin hemostatik özelliklerinin değerlendirilmesi
Assessment of hemostatic characteristics of hydrogels and solutions containing chitosan derivatives
Yazar: SITKI DOĞA ELÇİ
Danışman: PROF. DR. EMİNE SİBEL SÜMER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Tez çalışmasının temel amacı, yapıları gereği hemostat aktif olabileceği öngörülen kitosan türevlerinin sünger ve jel formlarının sentezlenerek, bu türevlerin hemostatik ve antimikrobiyal aktivitelerinin değerlendirilmesidir. Sunulan tez çalışması kapsamında, ham kitosan öncelikle 70°C'de, kuvvetli bir baz olan NaOH uygulması ile saflaştırılmıştır. Ham kitosan ve elde edilen saflaştırımış kitosan polimerinin FT-IR spektroskopi analiziyle, ham kitosan ve saflaştırımış kitosanın transmitans spektrumları arasında belirgin farklılığın olmadığı yani, ham kitosanın protein kontaminasyonundan ari olduğu belirlenmiştir. Saflaştırma işleminin ham kitosan üzerindeki degredatif etkisi Boyut Dışlama Kromatografisi (BDK) analiziyle ortaya konulmuştur. İlgili saflaştırma yöntemi kapsamında vakum filtrasyonu kullanılarak çözünmeyen safsızlıklar da bertaraf edildiğinden, çalışmanın ileri aşamalarındaki sentezler, saflaştırılmış kitosan kullanılarak yapılmıştır. Çalışma kapsamında sentezlenen polikatyonik kitosan türevlerinden kitosanın asetat (K-Ac) ve kitosan sitrat (K-Ci) tuzlarının protonasyon dereceleri potansiyometrik ölçümler kullanılarak hesaplanmıştır. Sentezlenen diğer türev, polikatyonik özelliği pH'dan bağımsız olan, kitosanın kuaternize türevi; N,N,N trimetil kitosan (TMK)' dır. TMK türevinin saflığı, Heteronükleer Tek Kuantum Korelasyonu (1H-13C HSQC ) ve Heteronükleer Çoklu Bağ Korelasyonu (1H-13C HMBC ) spektrumlarındaki korelasyonlara dayanarak, metilasyon dereceleri ise 1H NMR analiziyle belirlenmiştir. Kuaternizasyon işleminin, kullanılan saf kitosan üzerindeki degredatif etkisi BDK analizyle ortaya konulmuştur. Türevlendirme yöntemlerinin, kitosan ana zincirinin çözünürlüğü üzerindeki etkisini belirlemek üzere; 5 mg/ml kitosan ana zincirini içeren numunelerin sulu karışımlarının 25˚C ve 500 nm'deki % transmitansları UV/Vis spektrofotometre ile ölçülmüştür. Saflaştırma işlemi sonucunda degrade olan kitosanın sudaki çözünürlüğü beklendiği gibi artmıştır. Asetik asit ve sitrik asit kullanılarak gerçekleştirilen protonasyon sonrasında, saflaştırılmış kitosanın çözünürlüğünün daha fazla arttığı belirlenmiştir. TMK türevinin trimetilasyon derecesinin, K-Ac'nin protonasyon derecesinden yüksek olmasına rağmen, TMK suda daha düşük çözünürlük göstermiştir. Moleküler modelleme çalışmaları kapsamında, kitosanın Glikoprotein IIb/IIIa tromosit reseptörü üzerinden agonist etki gösterebileceği belirlenmiştir. Ayrıca, kitosanın hem GPIIb/IIIa hem de fibrinojene bağlanabilmesi, kitosanın Von Willebrand faktörü (vWF)'nin fonkisyonel analoğu olarak işlev görerek pıhtılaşmada etkili olabileceğini göstermiştir. Moleküler dinamik yöntemiyle belirlendiği üzere, protonlanmış kitosan ve TMK oligomerlerinin eritrosit membranıyla elektrostatik etkileşime girerek pıhtılaşmayı arttırabilir. Bu etkinin, TMK türevinde daha düşük olacağı belirlenmiştir. İn vitro etkinlik testinde ve antimikrobiyal etkinlik testinde kullanılmak üzere, ayrıca, Polivinil Alkol (PVA)/Polivinil Pirolidon (PVP)/gliserin/K-Ci ve PVA/PVP/gliserin/TMK kompozit jelleri sentezlenmiştir. Antimikrobiyal etkinlik testinde, TMK'nın en yüksek etkinliği gösterdiği belirlenmiştir. İn vitro etkinlik testinde belirlendiği üzere, boş gruba göre K-Ac, kitosan ve Jel gruplarında Tam Kan Pıhtılaşma Zamanı (WHBCT) kısalırken, K-Ci grubunda uzamıştır (p<0.05).

Abstract:
The main aim of this thesis study is to synthesize the sponge and gel forms of chitosan derivatives which may be hemostatically active due to their structures, and to evaluate the hemostatic and antimicrobial activities of these derivatives. Within the scope of the presented thesis, raw chitosan was first purified by applying a strong base NaOH at 70°C. The FT-IR spectroscopy analysis revealed no significant differences between the transmittance spectra of the raw and the purified chitosan, i.e., the raw chitosan was free from protein contamination. The degradative effect of purification on raw chitosan was demonstrated by Size Exclusion Chromatography (SEC) analysis. Since insoluble impurities were also removed by vacuum filtration during the respective purification process, syntheses in the further stages of the study were made using purified chitosan. The protonation degrees of chitosan acetate (K-Ac) and chitosan citrate (K-Ci) salts of polycationic chitosan derivatives synthesized were calculated using potentiometric measurements. Another synthesis was a quaternized derivative of chitosan, N, N, N-trimethyl chitosan (TMK), whose polycationic property is independent of pH. The purity of TMK derivative was determined based on the correlations in Heteronuclear Single Quantum Correlation (1H-13C HSQC) and Heteronuclear Multiple Bond Correlation (1H-13C HMBC) spectra, and methylation degrees were determined by 1H NMR analysis. The degradative effect of the quaternization process on the pure chitosan used was demonstrated by SEC analysis. To determine the effect of the derivatization methods on the solubility of the chitosan main chain; % Transmittance at 25˚C and 500 nm of aqueous mixtures of samples containing 5 mg / ml chitosan main chain were measured by a UV/Vis spectrophotometer. As a result of the purification process, the solubility of the degraded chitosan in water increased as expected. It was determined that the solubility of purified chitosan was further increased due to protonation using acetic acid and citric acid. Although the degree of trimethylation of the TMK derivative was higher than the degree of protonation of the K-Ac, TMK turned out to be less soluble. In the context of molecular modeling studies, chitosan exhibited the potential of demonstrating agonist effects via the Glycoprotein IIb / IIIa thrombocyte receptor. Furthermore, the ability of chitosan to bind both to GPIIb / IIIa and fibrinogen, showed that chitosan could be effective in the clotting process by acting as the functional analogue of the Von Willebrand factor (vWF). As determined by molecular dynamics method, protonated chitosan and TMK oligomers may reinforce the coagulum via electrostatic interactions with the erythrocyte membrane. This effect was found to be lower in the TMK derivative. Polyvinyl Alcohol (PVA) / Polyvinyl Pyrrolidone (PVP) / glycerine / K-Ci and PVA / PVP / glycerine / TMK composite gels were also prepared. In antimicrobial efficacy test, TMK showed the highest efficacy. As determined in the in vitro efficacy test, Whole Blood Coagulation Time (WHBCT) was shortened in K-Ac, Chitosan and Gel groups compared to empty group, but prolonged in K-Ci group (p < 0.05).