Yumuşak jelatin kapsül ile kanabidiol içeren kenevir tohumu yağı uygulaması için polikaprolakton modifiye salım sistemi geliştirilmesi
Development of a polycaprolactone modified release system for application of hemp seed oil containing cannabidiol with soft gelatin capsule
Yazar: EMRE FATİH EDİZ
Danışman: PROF. DR. MELTEM DEMİREL KARS ; DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL ÇETİN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kontrollü salım = Controlled release

Özet:
Kanabidiol (CBD); multiple skleroz, parkinson, anoreksiya, göz tansiyonu, kanser, ağrı, bulantı ve kusma, depresyon, insomnia, stres ve kaygı bozuklukları gibi çeşitli hastalıkların tedavisinde umut vadetmektedir. Fakat CBD'nin yüksek lipofilik özellikleri, kullanım ve dozlamayı zorlaştırmakta, dolayısıyla farmasötik olarak yararlanımını kısıtlamaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, CBD'nin gıda takviyelerinde kullanılması için elverişli bir dozaj formu geliştirilmesi ve başarılı bir şekilde kapsüllenmesinin sağlanmasıdır. Nanopartiküller (NP), farklı molekül ağırlıklarına sahip polikaprolakton (PCL) polimerleri kullanılarak, ultrasonik homojenleştirici ve ultra-turrax ile emülsifikasyon çözücü buharlaştırma yöntemi ile sentezlenmiştir. Optimizasyon çalışmalarında, farklı molekül ağırlıklarının ve farklı üretim yöntemlerinin partikül boyutuna ve zeta potansiyeline etkileri değerlendirilmiştir. En uygun polimerin 14000 g/mol molekül ağırlığına sahip PCL olduğu bulunmuş ve 5 mg, 10 mg, 15 mg ve 30 mg CBD enkapsüle edilmiş PCL NP'ler ultrasonikasyon tekniği kullanılarak hazırlanmıştır. CBD enkapsüle NP'ler morfolojik ve yüzey özellikleri açısından karakterize edilmiştir. Plasebo NP'ler ve 5mg, 10 mg, 15 mg ve 30 mg CBD enkapsüle PCL NP için sırasıyla -23,37, -10,21, -9,62, -9,93 ve -9,40 mV'lik potansiyel değerleri tayin edilmiştir.  Plasebo NP'ler ve 5 mg, 10 mg, 15 mg ve 30 mg CBD enkapsüle PCL NP'lerin sırasıyla ortalama 207,5 nm 227,2 nm, 225,5 nm, 227,7 nm ve 216,9 nm boyuta sahip oldukları belirlenmiştir. İki farklı pH değerinde (1,2 ve 7,4) CBD-PCL-NP'lerin in vitro salım çalışmaları gerçekleştirilmiştir. NP'lerin DSC analizi ile etken madde-polimer uyumluluğu ortaya çıkartılmıştır. Ayrıca FT-IR analizi sonuçlarıyla, CBD'nin NP'ler içine kapsüllendiği gösterilmiştir. CBD'nin çeşitli reseptörlerle etkileşiminin incelenmesi için moleküler yerleştirme yöntemi kullanılarak in silico analizleri yapılmıştır. Bu molekülün reseptörler üzerinde yapısal davranışları, afinitesi ve toksisitesi değerlendirilmiştir. PCL-NP'nin hücre içerisine alındığı ise Nil kırmızısı enkapsüle edilmiş NPlerin hücrelerin içerisinde birikimi gösterilerek ortaya koyulmuştır. Saf CBD'nin hücrelerin çoğalmaları üzerindeki etkisi ise L929 normal fibroblast hücreleri ve MCF-7 meme kanseri hücrelerinde 24, 48, 72 saat inkübasyon sonrası hücre canlılık analizi yapılarak ve IC50 değerleri hesaplanarak belirlenmiştir. Sonuçlar, CBD-PCL-NP'lerinin kenevir tohumu yağıyla birlikte, yumuşak jelatin kapsül formunda bir gıda takviyesi olarak geliştirilebileceğini göstermiştir. Gıda takviyesi uygulaması için kullanılmak üzere elde edilen kenevir tohumu yağının yumuşak jelatin kapsül formunda prototip üretimi gerçekleştirilerek ambalajlanmıştır. Kapsülün, uzun süreli CBD salımı yaparak serbest CBD tüketimine göre farmasötik avantajlara sahip olduğu söylenebilir.

Abstract:
Cannabidiol (CBD) shows promise in the treatment of various diseases such as multiple sclerosis, Parkinson's disease, anorexia, glaucoma, cancer, pain, nausea and vomiting, depression, insomnia, and stress and anxiety disorders. However, CBD's high lipophilic properties make its administration and dosing challenging, thus limiting its pharmaceutical utility. The aim of this thesis study is to develop a suitable dosage form for the use of CBD in food supplements and to ensure its successful encapsulation. Nanoparticles (NPs) were synthesized using polycaprolactone (PCL) polymers with different molecular weights through ultrasonic homogenization and emulsification solvent evaporation method using an ultra-turrax. In optimization studies, the effects of different molecular weights and production methods on particle size and zeta potential were evaluated. The most suitable polymer was found to be PCL with a molecular weight of 14,000 g/mol, and PCL NPs encapsulated 5 mg, 10 mg, 15 mg, and 30 mg CBD were prepared using ultrasonication. The CBD-encapsulated NPs were characterized in terms of morphological and surface properties. Potential values of -23.37, -10.21, -9.62, -9.93, and -9.40 mV were determined for placebo NPs and 5 mg, 10 mg, 15 mg, and 30 mg CBD-encapsulated PCL NPs, respectively. The average sizes of placebo NPs and 5 mg, 10 mg, 15 mg, and 30 mg CBD-encapsulated PCL NPs were determined to be 207.5 nm, 227.2 nm, 225.5 nm, 227.7 nm, and 216.9 nm, respectively. In vitro release studies of CBD-PCL-NPs were conducted at two different pH values (1.2 and 7.4). The drug-polymer compatibility of NPs was revealed by DSC analysis. Additionally, FT-IR analysis results demonstrated the encapsulation of CBD into NPs. In silico analyses were performed using molecular docking method to investigate the interaction of CBD with various receptors. The structural behavior, affinity, and toxicity of this molecule on receptors were evaluated. The uptake of PCL-NPs into cells was demonstrated by the accumulation of Nile red-encapsulated NPs within the cells. The effect of püre CBD on cells was determined by cell viability analysis and calculation of IC50 values after 24, 48, and 72 hours of incubation with L929 normal fibroblast cells and MCF-7 breast cancer cells. The results indicate that CBD-PCL-NPs, in combination with hemp seed oil, may be developed as a food supplement in the form of soft gelatin capsules. A prototype production of soft gelatin capsules containing hemp seed oil was carried out and packaged for use as a food supplement. The capsules are capable of long-term CBD release and offer pharmaceutical advantages compared to free CBD consumption.