Nanobiyoteknolojide hedeflendirilebilen mukozaya yapışabilir salım sistemlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of targeted mucoadhesive delivery systems in nanobiotechnology
Yazar: EMİNE BÜŞRA FİDAN
Danışman: PROF. DR. SAADET KEVSER PABUCCUOĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Farmasötik nanoteknoloji = Pharmaceutical nanotechnology ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Nazal mukoza = Nasal mucosa ; Polimerik partiküller = Polymeric particles

Özet:
Mukozaya yapışabilen ilaç salım sistemlerinin en önemli avantajları ilacın sistemik dolaşıma geçirgenliğinin ve ilacın biyoyararlanımının artmasını sağlamaktır. Bu nedenle, mukozal membranlar yoluyla ilaç taşıyıcı sistemler olarak yaygın kullanılan mukoadezif polimerler, toksik olmayan, biyouyumlu ve ekonomik olmasının yanında etkin ve güvenli bir mukoadezif ilaç salım sistemi geliştirmek için gerekli olan bazı moleküler karakteristiklere de sahip olmalıdırlar.
Bu tez çalışmasında biyouyumlu, biyobozunabilir, toksik olmayan, mukozal membran yoluyla ilaç taşımaya uygun karakteristiklere sahip yeni mukoadezif ilaç taşıyıcı sistemlerin sentezi, karakterizasyonu ile nanoformülasyonların hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi amaçlandı. 
Bu amaçla öncelikle farmasötik uygulamalarda ilaç taşıyıcı olarak sıklıkla kullanılan biyopolimer olan kitosan (Chi) düşük molekül ağırlıklı Chi ürünü (DChi) elde etmek için depolimerize edildi. DChi hücre membranı ile etkileşimi yüksek palmitik asit (PA) ile ilk defa modifiye edilerek palmitoil kitosan (DChi-PA) sentezlendi ve karakterize edildi. Takiben DChi-PA ürününe mukoadezif özelliği kazandırmak için de ilk defa tiyoglikolik asit (TGA) ile konjugatı tiyollenmiş palmitoil kitosan (TGA-DChi-PA) ürünleri sentezlendi ve karakterize edildi. Ürünlerin nanopartikül formülasyonları iyonik jelasyon yöntemi ile hazırlandı, in vitro sitotoksisite analizi ve mukoadezyon özellikleri değerlendirildi. Ürünlerin moleküler yapılarının aydınlatılması Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ve Proton Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi (1H NMR) analizleri ile gerçekleştirildi. TGA-DChi-PA ürünün yapısındaki tiyol grubu miktarı iyodimetrik titrasyon yöntemi ile tayin edildi. Ürünlerin nanopartikül formülasyonlarının karakterizasyonu Dinamik Işık Saçılımı Analizi (DLS) yöntemi ile partikül boyutu (nm), polidisperslik indeksi (PDI) ve zeta potansiyeli (mV) değerleri ölçülerek gerçekleştirildi. In vitro sitotoksisite özellikleri MTT yöntemi ile insan embriyonik böbrek hücre hattı (HEK293) kullanılarak incelendi. Ürünlerin mukoadezyon özelliği ex vivo koyun nazal mukozal membran ve in vitro 0,20 µm selüloz asetat membran filtre üzerine iki ayrı uygulama ile Texture analiz yöntemi ile değerlendirildi. Nanopartikül formülasyonların mukoadezif özelliğinin değerlendirilmesi ex vivo koyun nazal mukozal membran yüzeyinde nanopartiküllerin alıkonması/yıkama metodu ile gerçekleştirildi.
Bu tez çalışmasında gerçekleştirilen ex vivo ve in vitro uygulamalar neticesinde yeni DChi-PA(1:0,25) ürünün hücre penetrasyonu arttırıcı etkisinin yanında mukoadezyonu da arttırdığı yapıya tiyol grubunun katılmasıyla sentezlenen yeni TGA-DChi-PA(1:0,25) konjugat ürünün ise mukoadeziflik özelliğini daha da iyileştirdiği görüldü. 
Sonuç olarak ilk defa bu çalışmada sentezlenen yeni TGA-DChi-PA(1:0,25) esaslı nanopartikül formülasyonun nanobiyoteknolojide mukozal membran yoluyla biyouyumlu, toksik olmayan bir mukozaya yapışabilir nanotaşıyıcı olarak büyük önem taşıyacağı aşikardır

Abstract:
The most important advantages of the mucoadhesive drug delivery systems are to provide increased permeability of drug into the systemic circulation and bioavailability of the drug. Therefore, mucoadhesive polymers, which were extensively used as drug delivery systems via mocasal membranes, besides being non-toxic, biocompatible and economical must possess some molecular characteristics required to develop an effective and safe mucoadhesive drug delivery system.
In this thesis study, it was aimed that synthesis and characterization of the novel biocompatible, biodegradable, non-toxic, mucoadhesive drug carrier systems, which have suitable characteristics for drug carrying via mucosal membrane, and preparation of their nanoformulations and investigation of their properties. 
For this purpose, firstly, Chitosan (Chi), which is a biopolymer frequently used as drug carrier in the pharmaceutical applications, was depolymerized to obtain low molecular weight Chi product (DChi). To obtain the palmitoyl chitosan (DChi-PA), DChi was modified with palmitic acid (PA), which has high interaction with cell membrane, and characterized for the first time. Then, to gain the mucoadhesiveness to DChi-PA product, its conjugate TGA-DChi-PA was synthesized by the reaction with thioglycolic acid (TGA) and characterized, for the first time. Nanoparticle formulations of the products were prepared by ionic gelation method, their in vitro cytotoxicity analysis and mucoadhesion properties were evaluated.
Characterization of the molecular structures of the products were realized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (1H NMR) analyses. The amount of thiol group in the structure of the TGA-DChi-PA product was determined by iodimetric titration method. Characterization of the nanoparticle formulations of the products were realized using Dynamic Light Scattering Analysis (DLS) method by measuring their particle size (nm), polydispersity index (PDI) and zeta potential (mV) values.  In vitro cytotoxicity properties were investigated by using MTT assay on human embryonic kidney cell line (HEK293).
The mucoadhesion properties of the products were evaluated by Texture analysis method with two separate applications on ex vivo sheep nasal mucosal membrane and in vitro 0.20 µm cellulose acetate membrane filter. The evaluation of nanoparticle formulations was evaluated by the retention/rinse method of nanoparticles on the ex vivo sheep nasal mucosal membrane surface. 
As a result of the ex vivo and in vitro applications carried out in this thesis study, it was observed that the new DChi-PA(1:0,25) product increased mucoadhesion in addition to its cell penetration enhancing effect and that the new TGA-DChi-PA(1:0,25)  conjugate synthesized by adding the thiol group to the structure further improved the mucoadhesiveness property. In conclusion, it is obvious that the nanoparticle formulation based on TGA-DChi-PA(1:0,25) synthesized in this study for the first time, will be great importance as a biocompatible non-toxic mucoadhesive nanocarrier via mucosal membrane in the nanobiotechnology.