Mikroakışkan sistem ile protein yüklü polimerik nanopartiküllerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of protein loaded polymeric nanoparticles by microfluidic system
Yazar: AYŞENUR BEZELYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BERRİN KÜÇÜKTÜRKMEN
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
Tez çalışması kapsamında mikroakışkan çip kullanılarak polimerik nanopartikül sistemlerinin üretimi, peptit/protein terapötik maddelerinin optimize edilen nanopartiküllere enkapsülasyonu ve in vitro değerlendirilmesinin yapılması amaçlanmıştır. Nanopartiküllere yüklenmesi için örnek protein olarak BSA, lizozim ve aprotinin seçilmiştir. Nanopartiküllerin hazırlanmasında biyouyumlu, biyoparçalanabilir ve insanda kullanımı için FDA tarafından onay almış polimerlerden poli(laktik asit-ko-glikolik asit) (PLGA) kullanılmıştır. Formülasyon bileşenleri ve yönteme ait parametreler değiştirilerek üretilen nanopartiküler sistem optimize edilmiştir.
Günümüzde, peptit/protein yapılar içeren biyofarmasötik ürünler, klinik tedavide yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, protein yapısı hassastır ve işlevleri dış koşullardan etkilenebilir. Peptit/protein yapılı moleküllerin verilişi için birçok strateji üzerinde çalışılmıştır ve en umut verici stratejileriden biri nanopartiküler sistemlerin kullanımıdır. 
Nanopartiküller (NP'ler), peptit protein maddeleri dış ortamlardan korumanın yanı sıra kapsamlı ilaç modifikasyonuna da izin verir. Geleneksel NP sentez yöntemlerinde partikül boyutunun optimizasyonu, polidispersite indeksi (PDI) değerleri, partikül morfolojisi ve enkapsülasyon etkinliği ile ilgili bazı sınırlamalar olduğu görülmektedir. Mikroakışkan sistemler, NP özelliklerini geliştirirken aynı zamanda sentez için tekrarlanabilir ve güvenilir bir yöntem sağlayarak bu sorunların üstesinden gelmeye yardımcı olabilir. Mikroakışkan sistemlerde akış hızı, sıcaklık ve çip tasarımı dahil olmak üzere çeşitli özellikler, her işlem için optimize edilebilir. Böylelikle kontrol edilebilir özelliklerde ve tekdüze NP hazırlanması için kullanılabilirler.
Bu tez çalışması kapsamında polimerik nanopartikül formülasyonlarının geliştirilmesinde mikroakışkan çip kullanılmış ve akış hızı oranları (FRR), polimer, protein ve yüzey aktif madde konsantrasyonları düzenlenerek optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan nanopartikül formülasyonları partikül büyüklüğü ve dağılımı, polidispersite indeksi, zeta potansiyeli ve enkapsülasyon etkinliği analizleri ile karakterize edilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda seçilen formülasyonlar üzerinde in vitro salım deneyi, DSC ve TEM analizleri yapılmıştır. Formülasyon ve protein stabilitelerinin değerlendirilmesi için seçilen formülasyonlarda SDS-PAGE analizi ve farklı saklama koşulları altında stabilite çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 
Protein yüklü nanopartiküllerin mikroakışkan sistem kullanılarak hazırlanması, formülasyon bileşimi ve mikroakışkan sisteme bağlı değişkenler analiz edilerek yüksek protein enkapsülasyonuna ve küçük partikül boyutuna sahip formülasyona ulaşılması tez çalışmasının temel hedefini oluşturmuştur.

Abstract:
The thesis study aimed to produce polymeric nanoparticle systems using a microfluidic chip, encapsulation of peptide/protein therapeutic substances into optimized nanoparticles, and evaluation of in vitro studies. BSA, lysozyme, and aprotinin were selected as model proteins for nanoparticle loading. Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), a biocompatible, biodegradable, and FDA-approved polymer for human use, was used to prepare nanoparticles. The nanoparticular system was optimized by changing the formulation components and method parameters.
Nowadays, biopharmaceutical products containing peptide/protein structures are widely used in clinical therapy. However, protein structures are delicate and their functions can be affected by external conditions. Many strategies for the delivery of peptide/protein structured molecules have been studied and one of the most promising strategies is the use of nanoparticular systems. 
Nanoparticles (NPs) allow extensive drug modification as well as protecting peptide protein substances from external environments. Conventional NP synthesis methods have some limitations regarding the optimization of particle size, polydispersity index (PDI) values, particle morphology, and encapsulation efficiency. Microfluidic systems can help overcome these problems by providing a reproducible and reliable method for synthesis while improving NP properties. Microfluidic systems can optimize various properties such as flow rate, temperature, and chip design for each process. Thus, they can be used for uniform NP preparation with controllable properties.
Within the scope of this thesis, a microfluidic chip was used in the development of polymeric nanoparticle formulations and optimization studies were carried out by adjusting the flow rate ratios (FRR), polymer, protein, and surfactant concentrations. The synthesized nanoparticle formulations were characterized by particle size and distribution, polydispersity index, zeta potential, and encapsulation efficiency analyses. As a result of the evaluations, in vitro release experiments, DSC and TEM analyses were performed on the selected formulations. For the evaluation of formulation and protein stabilities, SDS-PAGE analysis and stability studies under different storage conditions were performed on the selected formulations.
The main objective of this thesis was to prepare protein-loaded nanoparticles using a microfluidic system and to reach a formulation with high protein encapsulation and small particle size by analyzing the variables related to formulation composition and microfluidic system.