HPV-ilişkili servikal kanserin tedavisine yönelik ilaç yüklü nanopartikül formülasyonlarının printing teknolojisi ile hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of drug loaded nanoparticle formulations for the treatment of HPV-related cervical cancer by printing technology
Yazar: CEM VARAN
Danışman: PROF. DR. EREM BİLENSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Nanopartiküller = Nanoparticles ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Paklitaksel = Paclitaxel ; Polikaprolakton = Polycaprolactone ; Siklodekstrinler = Cyclodextrins ; Yazıcı = Printer ; İnkjet = Inkjet

Özet:
Servikal kanserin önlenmesine ve erken tanısına yönelik klinik uygulamalar olmasına karşın, özellikle gelişmekte olan ülkelerde yaşayan kadınlarda görülme sıklığı ve bu kansere bağlı ölüm oranları oldukça yüksektir. Birçok risk faktörü olmakla birlikte servikal kanserin en önemli risk faktörlerinden biri insan papilloma virüsüdür (HPV). HPV-ilişkili servikal kanserin kemoterapisi oldukça sınırlıdır. Bu kanser türü üzerinde etkinliği bilinen kemoterapi ilaçlarının çözünürlük sorunu ve buna bağlı toksisite problemleri söz konusudur. Bu sorunların önüne geçilmesi, hücresel penetrasyonun artırılması, ilaçların enzimatik ve fizyolojik degradasyona karşı korunması ve uygulama bölgesinde ilacın uzun süre tutulabilmesi amacı ile yeni ilaç taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Bu amaçla polimerik nanopartiküler ilaç taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi oldukça önemlidir. Öte yandan servikal kanser geliştiği bölge itibariyle cerrahi yöntemlere gerek kalmadan sağlık personeli tarafından ulaşılabilecek ve doğrudan ilaç uygulanabilecek bir bölgededir. Bu durum göz önüne alındığında servikal kanserin tedavisine yönelik ilaç içeren implante bir filmin hazırlanması tedavideki başarıyı artıracağı gibi tedavi sırasında görülen yan etkileri de azaltacaktır.
Her bir hastanın yaş, cinsiyet, genetik ve metabolik özellikleri ve hastalık geçmişi birbirinden farklıdır. Bu durum hastaların tedavi için kendilerine uygun ilaç ve uygun ilaç dozuna ihtiyaç duymalarına neden olmaktadır. Bu nedenle son yıllarda kişiselleştirilmiş ilaçların üretimi üzerine yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Printing teknolojisi ile istenilen dozda ve desende ilaç formülasyonları kolay, hızlı ve ekonomik bir yöntemle hazırlanabilmektedir.
Bu tez kapsamında servikal kansere karşı tedavi edici etkinliği bilinen ancak çözünürlük problemi olan paklitaksel model antikanser ilaç olarak, HPV'e karşı etkisi bilinen sidofovir ise model antiviral ilaç olarak kullanılmıştır. Nanopartiküler ilaç taşıyıcı sistemler ve siklodekstrin inklüzyon kompleksi kullanılarak paklitakselin çözünürlük problemi ortadan kaldırılmış, sidofovirin ise kontrollü salımı sağlanmıştır. Lokal ve kişiye özel bir ilaç formülasyonu geliştirilmesi amacı ile antikanser ve antiviral ilaç içeren nanopartikül formülasyonları ink-jet yazıcılar kullanılarak ayarlanabilir doz ve desende biyoadezif bir filme basılmıştır. Bu sayede servikal kanserin tedavisine yönelik antikanser ve antiviral ilaç içeren ilaç formülasyonu hazırlanmıştır.
Bu tezin ilk aşamasında, paklitakselin çözünürlüğünü artırmak amacı ile 3 farklı siklodekstrin türevi kullanılarak inklüzyon kompleksleri oluşturulmuş ve karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Hidroksipropil-β-siklodekstrin ile hazırlanan inklüzyon kompleksleri ile %63'lük bir yükleme etkinliği elde edilmiştir ve bu inklüzyon kompleksleri paklitaksel içeren mürekkep formülasyonunun hazırlanmasında kullanılmıştır. Aynı şekilde sidofovir yüklü polikaprolakton temelli nanopartiküller hazırlanmış ve karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Poli(etilen glikol)-b-poli(ε−kaprolakton) metil eter ile hazırlanan nanopartikül formülasyonlarının partikül büyüklüğünün 161 nm ve yükleme etkinliğinin %76 olduğu görülmüştür. Düşük partikül büyüklüğü ve yüksek yükleme etkinliği nedeni ile bu nanopartikül formülasyonu sidofovir içeren mürekkep formülasyonlarının hazırlanmasında kullanılmıştır. Tezin ikinci aşamasında inklüzyon kompleksi ve nanopartiküller kullanılarak printing tekniği için uygun mürekkep formülasyonları hazırlanmış ve selüloz bazlı biyoadezif filme farklı doz ve desenlerde basılmıştır. Tezin son aşamasında ise ilaç basılı filmlerin karakterizasyon çalışmaları, hücre kültürü çalışmaları ve ex vivo çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Hücre kültürü çalışmaları paklitaksel siklodekstrin inklüzyon kompleksi basılı filmlerin hücre canlılığını HeLa hücreleri üzerinde %50, C33a hücrelerinde ise %45'lere düşürdüğü görülmüştür. Ayrıca, karakterizasyon ve ex vivo çalışmalar baskı işleminin filmlerin mekanik dayanıklılığını ve biyoadezif özelliklerinin artırdığını göstermiştir.
Bu tez ile viral sebepli servikal kanserin lokal tedavisine yönelik antiviral ve antikanser ilaç taşıyan etkili, güvenilir ve kişiselleştirilebilen ilaç formülasyonu geliştirme yolunda önemli bir adım atılmıştır.

Abstract:
Although clinical applications for the prevention and early detection of cervical cancer exist, the incidence and the mortality rate is especially high in women living in developing countries. One of the most important risk factors for cervical cancer, along with many risk factors, is the human papilloma virus (HPV). Chemotherapy of HPV-related cervical cancer is very limited. Chemotherapy drugs, which are known to be effective on this type of cancer, have solubility problems and solubility-related toxicity. It is needed to develop new drug delivery systems with the aim of preventing these problems, increasing cellular penetration, protecting drugs against enzymatic and physiological degradation, and keeping the drug in the application area for a long time. For this purpose, the development of polymeric nanoparticle based drug delivery systems is very important. On the other hand, to cervical cancer developing region can be reached directly by health personnel without the need of surgical methods and chemotherapy can be applied directly. Taking this into consideration, the preparation of drug loaded implantable film may increase the treatment success for cervical cancer and it may also reduce the side-effects seen during treatment.
Disease history, age, sex, genetic and metabolic characteristics of each patient are different from each other. This leads to the need for appropriate medication and appropriate dose for the treatment of the patients. For this reason, research on the development of personalized medicines have been carried out in recent years. Thanks to printing technology, drug formulations can be prepared easily, quickly and economically in the desired dose and pattern.
In this thesis, Paclitaxel, which is known to be effective on cervical cancer but has a solubility problem, was used as model anticancer drug and cidofovir, which is known to be effective against HPV was used as model antiviral drug. Using the nanoparticulate drug delivery systems and the cyclodextrin inclusion complex, the solubility problem of paclitaxel was abolished and controlled release of cidofovir was achieved. For the purpose of developing a local and personalized drug formulation, nanoparticulate formulations containing anticancer and antiviral drugs were printed on a bioadhesive film with adjustable dose and pattern by using ink-jet printers. In this way, a pharmaceutical formulation containing anticancer and antiviral drug for the treatment of cervical cancer has been prepared.
In the first part of this thesis, inclusion complexes were formed by using 3 different cyclodextrin derivatives in order to increase the solubility of paclitaxel and characterization studies were realized. An encapsulation efficiency of 63% was achieved with the inclusion complexes prepared with hydroxypropyl-β-cyclodextrin and this inclusion complex was used to prepare the ink formulation containing paclitaxel. Likewise, cidofovir loaded nanoparticles based on polycaprolactone were prepared and characterization studies were carried out. The nanoparticle formulations prepared with poly (ethylene glycol)-b-poly (ε-caprolactone) methyl ether showed a particle size of 161 nm and an encapsulation efficiency of 76%. With the low particle size and high encapsulation efficiency, this nanoparticle formulation has been used to prepare ink formulations containing cidofovir. In the second part of the study, ink formulations suitable for printing technique were prepared and printed on the cellulose-based bioadhesive film with different doses and patterns by using inclusion complex and nanoparticles. At the end of the thesis, characterization studies of bioadhesive films printed with drugs, cell culture studies and ex vivo studies were performed. Cell culture studies showed that the paclitaxel cyclodextrin inclusion complex printed film reduced cell viability by 50% on HeLa cells and by 45% on C33a cells. In addition, characterization and ex vivo studies have shown that the printing process enhances the mechanical and bioadhesive properties of films.
This thesis has taken an important step towards developing an effective, safety, and personalized drug formulation that carries antiviral and anticancer drugs for the local treatment of HPV-related cervical cancer.