Göğüs hastalıklarının tedavisinde nanobiyoteknolojik bir yaklaşım: Polimerik nano-malzemelerin inhaler yolla kullanımının araştırılması
Nanobiotechnological approach in the treatment of pulmonary medicine: Investigation of the using polymeric nano-materials by inhaler
Yazar: ESRA FEYZİOĞLU DEMİR
Danışman: PROF. DR. SİNAN AKGÖL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Göğüs hastalıklarında astım ve kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) en sık rastlanan ve görülme oranı giderek artan hastalıklardır. Bu hastalıklar hava yolunu tıkanmasıyla karakterize edilir. Astımda tıkanıklık değişken ve tersinirken, KOAH'da ileri ve büyük ölçüde geri dönüşümsüzdür. İki hastalıkta da solunum yolunda çok farklı inflamasyon proteinlerin ekspresyonlarındaki artıştan dolayı kronik inflamasyon vardır. Astım ve KOAH gibi hastalıkların tedavisinde lokal ve hızlı etkili olması nedeniyle inhalasyon yoluyla ilaç kullanımı sıklıkla tercih edilmektedir. Bu amaçla, astım ve KOAH tedavisinde kullanılan salmeterol ksinafoat (SAM) ve flutikazon propiyonat (FLU) ilaçları içeren çift moleküler baskılanmış nanopartiküller hazırlanarak, ilaç salımında kullanılabilirliğinin araştırılmıştır.
Bu kapsamda, salmeterol ksinafoat (SAM) ve flutikazon propiyonat (FLU) ilaçların salımı için SAM ve FLU baskılanmış p(HEMA-MAAL-MAH) nanopartiküller sürfaktantsız emülsiyon polimerizasyon yöntemi ile sentezlendi. Sentez sonrası çift baskılanmış nanopartiküllerin karakterizasyonu için SEM, FTIR, SPM, Zeta boyut analizi yapıldı, spesifik yüzey alanları hesaplandı. SAM ve FLU baskılanmış p(HEMA-MAAL-MAH) nanopartiküller SAM ve FLU adsorpsiyon koşullarını optimize etmek için SAM ve FLU adsorpsiyona zamanın etkisi, başlangıç SAM ve FLU konsantrasyonlarının etkisi ve ortam sıcaklığının etkisi araştırıldı. Ortalama 231,8 nm boyutlarında, 1055,00 m2/g yüzey alanına sahip MIP nanopartiküllerin 1500 ppm konsantrasyonunda adsorpsiyon değerlerinin dengeye geldiği ve SAM'ın maksimum adsorpsiyon değeri 537,64 mg/g olarak; FLU'nun ise 393,32 mg/g olarak bulundu. Adsorpsiyon kinetikleri, izotermleri ve termodinamik parametreleri hesaplanan MIP nanopartiküllerin seçicilik denemesi için benzer kimyasal yapısına sahip budesonid (BS) ve formeterol fumarat (FF) ilaçları kullanıldı. MIP nanopartiküllerin SAM'ın BS molekülüne göre 9,78 kat, FF molekülüne göre 1,77 kat seçici olduğu;  FLU'nın ise BS göre 2,19 kat, FF molekülüne göre 0,40 kat seçici olduğu belirlendi. İn vitro ilaç salım denemelerinde ise ilaç salım koşullarını optimize etmek için yüklenen başlangıç ilaç konsantrasyonunun etkisi, ortam pH'nın etkisi ve ortam sıcaklığının etkisi araştırıldı ve 7 gün boyunca salım denemeleri yapıldı. Simüle akciğer ortamında da SAM ve FLU salım denemeleri yapıldı. Yedi günün sonunda simüle akciğer ortamına salınan SAM miktarı 4,96 mg/g iken, salınan FLU miktarı 6,15 mg/g olarak belirlendi. Simüle akciğrer ortamında SAM ve FLU salımının kinetiği hesaplandı. SAM ve FLU'nın salımı Higuchi salım modeline uyduğu ve FLU'nun Fick difüzyon kinetiğine uyan salım davranışı,  SAM ise Fick difüzyon modeline uymayan (anorma taşıma) salım davranışı sergilediği belirlendi. Son olarak, in vitro sitotoksisite testi yapıldı ve MTT testi için 5 farklı MIP nanopartikül konsantrasyonları HEK-293 hücre hattına uygulandı.  Elde edilen sonuçlara göre, 10 µg/mL MIP nanopartikül diğer konsantrasyonlara kıyasla daha az hücre canlılığını baskıladığı belirlendi.

Abstract:
Asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are the most common and rate of incidence increasing diseases of the chest diseases. These diseases are characterized by obstruction of the airway. While obstruction of the airway in asthma is variable and reversible, obstruction of the airway in COPD is advanced and largely irreversible. In both diseases, there is chronic inflammation due to the increased expression of very diffrerent inflammation proteins in the respiratory tract. Drug use by inhalation is often preferred because of its local and rapid efficacy in the treatment of asthma and COPD.  Fort his purpose, double molecularly imprinted nanoparticles containing salmeterol xinafoate (SAM) and fluticasone propionate (FLU) drugs used in the treatment of asthma and COPD were prepared and their usability in drug release was investigated.
In this context, SAM and FLU imprinted p(HEMA-MAAL-MAH) nanoparticles were synthesized by surfactant-free emulsion polymerization method for SAM and FLU release. After the synthesis, SEM, FTIR, SPM, Zeta size analysis were performed and specific surface areas were calculated for characterization of double imprited nanoparticles. The adsorption conditions of SAM and FLU on the double imprited nanoparticles were optimized. The adsorption values of MIP nanoparticles having a surface area of 1055,00 m2/g at a mean size of 231.8 nm were in equilibrium at 1500 ppm concentration and the maximum adsorption value of SAM and FLU  were found as 537,64 mg/g and 393,32 mg/g respectively. The adsorption kinetics, isotherms and thermodynamic parameters of MIP nanoparticles were also calculated. Budesonide (BS) and formeterol fumarate (FF) drugs were used in the selectivity experiments for their similar chemical structure with SAM and FLU drugs. According to selectivity experiments, it was determined that MIP nanoparticles were 9.78 times selective to the SAM according to BS and 1.77 times selective to the SAM according FF. Also, It was determined that MIP nanoparticles were 2.19 times selective to the FLU according to BS and 0.40 times selective to the SAM according FF molecule. In vitro drug release experiments, the effect of loading initial drug concentration, the effect of pH and temperature was investigated in order to optimize drug release conditions and release experiments were conducted for 7 days. SAM and FLU release experiments were also performed in the simulated lung fluid. At the end of seven days, the amount of released SAM was 4,96 mg/g, while the amount of released FLU was 6,15 mg/g in the simulated lung fluid (SLF). The kinetics of SAM and FLU release were calculated in the SLF. The release of SAM and FLU was determined to be compatible with the Higuchi release model. Also, the release behavior of FLU was found to be suitable with Fickian diffusion kinetics, whereas the release behavior of SAM was found to be not suitable with Fickian diffusion kinetics (anomalous transport). Finally, in vitro cytotoxicity testing was performed and 5 different MIP nanoparticle concentrations were applied to the HEK-293 cell line for MTT assay. According to the results, 10 µg/mL MIP nanoparticle suppressed less cell viability compared to other concentrations.