Polisakkarit bazlı kompozit hidrojellerin kontrollü salım sistemlerinde kullanımı
Use of polysaccharide based composite hydrogels in controlled release system
Yazar: BÜŞRA BODUR
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM DOĞAN AYDENİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Hidrojeller = Hydrogels

Özet:
Bu çalışmada, biyouyumlu polisakkarit bazlı sodyum aljinat/kappa-kerajin  (κ-kerajin) kompozit hidrojel küreler hidroksiapatit (HAP, Ca10(PO4)6OH2) katkılı ve katkısız olarak sentezlenmiştir. Çalışmanın devamında ise bu hidrojel kürelerin çekirdek olarak kullanıldığı ve üzerinin hidrojel kabuk tabakası ile kaplandığı, iki basamaklı çekirdek-kabuk hidrojeller elde edilmiştir. Hidrojellerin karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM), fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopi ve diferansiyel tarama kalorimetresi (DSC) analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Hidrojel kürelerin şişme davranışları pH 1,2 ve pH 7,4 ortamlarında incelenmiş ve artan çapraz bağlama ajanı konsantrasyonunun şişme derecesini düşürdüğü, katkı maddesi HAP'ın şişme derecesine çok fazla etki etmediği tespit edilmiştir. Deneysel şişme verileri kullanılarak hidrojellerin denge sıvı içeriği (DSİ) hesaplanmış ve şişme kinetiği incelenmiştir.  Kinetik modeller ile yapılan çalışmalar sonucunda hidrojellerin şişme davranışlarının  ikinci derece kinetik modeline uygunluk gösterdiği belirlenmiştir.
Salım davranışları incelenmek üzere seçilen model ilaç metoprolol tartarat (MT) enkapsüle edilerek sentezlenen kompozit hidrojel kürelerin, ilaç enkapsilasyon verimi ve ilaç yükleme kapasiteleri hesaplanmıştır. En yüksek ilaç yükleme kapasitesi (88 mg ilaç/g) MT1-H2 hidrojelinde, en yüksek enkapsilasyon verimi (%79) MT1-H1/CS2 hidrojelinde elde edilmiştir. MT'nin hidrojellerden kontrollü salımı 37°C'de pH 1,2 ve pH 7,4 ortamlarında incelenmiş ve %kümülatif salım değerleri hesaplanmıştır. MT'nin asidik ortamda salımının minimize edilerek büyük miktarının kolonda salınmasının amaçlandığı bu çalışmada, çekirdek ve kabuk bileşenlerinin konsantrasyonları, çapraz bağlama ajanlarının konsantrasyonları ve katkı maddesinin etkisi incelenerek optimum koşullar belirlenmiştir. Salım çalışmaları sonucunda önerilen çekirdek-kabuk yönteminin etkinliği görülmüştür. Salım kinetik verileri kullanılarak modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiş ve hidrojellerin çoğunluğunun ilaç salım kinetiğinin Korsmeyer-Peppas kinetik modeline uygunluk gösterdiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, biocompatible polysaccharide based sodium alginate/kappa-carrageenan (κ-carrageenan) composite hydrogel spheres were synthesized with and without additives of hydroxyapatite (HAP, Ca10(PO4)6OH2). Then, these hydrogels were used as cores and covered with hydrogel shell layer to obtaine core-shell hydrogels. Characterization of hydrogels were performed by scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and differential scanning calorimetry (DSC) analysis. The swelling behavior of hydrogels were investigated in pH 1.2 and pH 7.4 mediums. It was found that the increased crosslinking agent concentration decreases the degree of swelling and the additive HAP did not significantly effect the swelling degree. Equilibrium water contents (EWC) were determined and swelling kinetics were investigated. As a result of modelling studies performed, it was determined that the swelling behavior of the hydrogels fit to the second order kinetic model.
In order to investigate the release behavior of the synthesized composite hydrogels, metoprolol tartrate (MT) was encapsulated as a model drug and the drug encapsulation efficiency and drug loading capacity of the hydrogel spheres were determined. The highest loading capacity (88 mg drug/g) was achieved with MT1-H2 and the highest encapsulation yield (79%) was obtained with MT1-H1/CS2. Controlled release of MT from hydrogels was examined in pH 1.2 and pH 7.4 mediums at 37°C and cumulative release% values were calculated. In this study, which aims to minimize the release a large amount of MT in colon by minimizing its release in acidic medium, optimum conditions were determined by examining the effect of concentrations of core and shell components, concentrations of cross-linking agents and the additive on drug delivery. The results showed that the proposed core-shell method could be used effectively in controlled release systems. It was found that the drug release kinetic of approximately all of the hydrogels fit to Korsmeyer-Peppas model.