Gypsophila eriocalyx içeren fitoterapötik nanopartiküllerin hazırlanması ve osteoporoz üzerine etkisinin In vitro ve In silico yöntemlerle değerlendirilmesi
Synthesis of phytotherapeutic gypsophila eriocalyx nanoparticles and evaluation of the effect on osteoporosis by In vitro and In silico methods
Yazar: SİBEL ÖZER
Danışman: DOÇ. DR. YASEMİN BUDAMA KILINÇ ; DOÇ. DR. SERDA KECEL GÜNDÜZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Gypsophila = Gypsophila ; Kitosan = Chitosan ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Osteoporoz = Osteoporosis ; Saponinler = Saponins

Özet:
Osteoporoz, osteoklastogenez sebebiyle kemik kütlesinde yaşanan azalma ile kemikteki dokunun ve mikro-mimarinin bozulmasıdır. Kemiklerin gücünü kaybetmesi ve direncinin azalması sonucunda yaşanacak basit bir darbe kemik kırıklarına sebep olur. Osteoporoz tedavileri kemik yıkımından sorumlu hücrelerin aktivitelerini azaltmaya yönelik anti-rezorptif ilaçlar ve anabolik ajanların kullanımı ile sınırlıdır. Klinik olarak kullanılan bu ilaçların çoğu sistemik olarak uygulanır ve bu da iskelet dışı dokularda yan etkilere neden olabilir. Bu tür dezavantajları ortadan kaldırmak için araştırmalar, yenilikçi ve alternatif tedaviler oluşturmak amacıyla nanoformülasyonlara yönelmiştir. Osteoporoz tedavi süreçlerini iyileştirmek ve olası yan etkileri önlemek için yenilikçi yaklaşımlardan birisi de tıbbi bitki içerikli kontrollü ilaç salım sistemlerinin geliştirilmesidir. Tıbbi bitkiler, ilaç geliştirilmesinde doğrudan kullanılabilecek zengin içerik kaynakları olarak kabul edilirler. Bu bağlamda Türkiye'de tanımlanmış 35 cinsi bulunan Caryophyllaceae (Karanfilgiller) familyası türleri de potansiyel tıbbi bitkilerdir. Bu familyanın 3. büyük cinsine ait olan Gypsophila eriocalyx Boiss. endemik türü, içerdiği fitokimyasallar sebebiyle, kimyasal kullanımının yanı sıra tıbbi amaçlı kullanıma da elverişlidir. Gypsophila türleri saponin içerikleri ile bilinirler ve saponinler antioksidan, anti-tümör, antimikrobiyal, antienflamatuvar gibi çeşitli aktiviteler gösterirler. Bunlara ek olarak saponinlerin anti-osteoporoz etkinlikleri de literatürdeki çeşitli saponin içerikli nanopartikül çalışmalarıyla ortaya konulmuştur. Osteoporozda geleneksel tedavilerin olumsuz etkilerini önlemek amacıyla bitkisel içerikli nanopartiküllerin geliştirilmesi, sistemik toksisiteyi azaltması ve terapötik etkinliği iyileştirmesi sebebiyle alternatif bir tedavi yöntemidir. Bu doğrultuda çalışma kapsamında, Gypsophila eriocalyx yüklü kitosan nanopartikülleri sentezlenmiş ve çeşitli spektroskopik (UV-Vis Spektroskopisi, Dinamik Işık Saçılması Spektroskopisi ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi) yöntemler ile karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca Gypsophila eriocalyx yüklü kitosan nanopartiküllerinin sitotoksik etkisinin olup olmadığı, L929 hücre hattında MTT testi ile değerlendirilmiştir. Osteojenik proliferasyon analizleri, insan kemik iliği kök hücreleri (hBMC) üzerinde MTT testi ile gerçekleştirilmiştir. Son olarak, Gypsophila eriocalyx yüklü kitosan nanopartiküllerinin moleküler seviyede anti-osteoporoz etkinliği, moleküler yerleştirme ve moleküler dinamik simülasyon yöntemleri aracılığıyla incelenerek ortaya konulmuştur. Elde edilen in vitro ve in silico sonuçlar doğrultusunda Gypsophila eriocalyx'in anti-osteoporotik etkisinin olduğu ve tedavi süreçlerinde takviye olarak kullanılabileceği kanaatine varılmıştır.

Abstract:
Osteoporosis is the deterioration of bone tissue and micro-architecture with a decrease in bone mass due to osteoclastogenesis. A simple blow to the bones will cause bone fractures because of low strength and a decrease in their resistance. Osteoporosis treatments are limited to the use of anti-resorptive drugs and anabolic agents to reduce the activities of cells responsible for bone resorption. Most of these clinically used drugs are administered systemically, which may cause side effects in non-skeletal tissues. To eliminate such disadvantages, research has turned to nanoformulations to create innovative and alternative treatments. One of the innovative approaches to improve osteoporosis treatment processes and prevent possible side effects is the development of controlled drug release systems containing medicinal plants. Medicinal plants are considered rich sources of content that can be used directly in drug development. Within this scope, Caryophyllaceae (Carnations) family species, which have thirty-five genera defined in Turkey, are potential medicinal plants. Gypsophila eriocalyx Boiss. is an endemic species, which belongs to the third largest genus of this family, is suitable for medical use as well as chemical use due to the phytochemicals that it contains. Gypsophila species are known for their saponin content, and saponins show various activities such as antioxidant, anti-tumor, antimicrobial, and anti-inflammatory. In addition, the anti-osteoporosis content of saponins has been demonstrated by various saponin-containing nanoparticle studies in the literature. Developing medicinal plant extract containing nanoparticles in osteoporosis to prevent the negative aspects of traditional treatments is an alternative treatment method because it reduces systemic toxicity and improves therapeutic efficacy. In this direction, within the scope of the study, chitosan nanoparticles loaded with Gypsophila eriocalyx were synthesized and characterization studies were conducted with various spectroscopic (UV-Vis Spectroscopy, Dynamic Light Scattering Spectroscopy, and Fourier-transform Infrared Spectroscopy) methods. In addition, the cytotoxic effect of chitosan nanoparticles loaded with Gypsophila eriocalyx was evaluated by the MTT test in the L929 cell line. Osteogenic proliferation assays were performed by MTT assay on human bone marrow stem cells (hBMC). Finally, the anti-osteoporosis activity of Gypsophila eriocalyx-loaded chitosan nanoparticles at the molecular level was demonstrated through molecular docking and molecular dynamics simulation methods. In line with the in vitro and in silico results obtained, it was concluded that Gypsophila eriocalyx has an anti-osteoporotic effect and can be used as a supplement in the osteoporosis treatment processes.