Kafeik asit fenetil ester yüklü kitosan nanopartikül içeren doku iskelesi üretimi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of caffeic acid phenethyl ester loaded chitosan nanoparticle entegrated tissue scaffold
Yazar: EKİN BAHAR AYTUĞLU
Danışman: DOÇ. DR. SERAP DERMAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Doku mühendisliği, mevcut dokuyu korumak veya yeni doku oluşumunu desteklemek için alternatif seçenekler sunan multidisipliner bir çalışma alanıdır. Doku mühendisliğinin temel amaçlardan biri, mevcut ve yeniden yapılanma ihtiyacı duyulan doku ve organların onarılması ya da taklit edilmesi amacıyla doku iskelelerinin oluşturulmasıdır. Doku iskelelerinde hücrelerin doku onarımı için ihtiyaç duyduğu bileşen desteği, genellikle polimerik materyaller ile sağlanabilmektedir. Bu doğrultuda literatürde insan vücudunda doğal olarak bulunan polimerlerden olan kondroitin sülfat (CS) ve doğal bir polimer olan kitosan (Ch)'den faydalanarak oluşturulmuş birçok doku iskelesi çalışması mevcuttur.

Bu tez çalışmasında, kafeik asit fenetil ester (CAPE) yüklü kitosan nanopartiküllerinin (ChNP) eklendiği, Ch ve CS'den oluşan, osteoartrit (OA) tedavisinde kullanılabilecek ve literatürde daha önce çalışılmamış bir doku iskelesinin üretilmesi hedeflenerek bu doku iskelesinin fizikokimyasal ve morfolojik özellikleri ile beraber ilaç salımı, şişme testi, MTT (3-(4,5-dimetiltiyazol2-yl)-2,5-difeniltetrazolyum-bromür) ile biyouyumluluk ve 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil (DPPH) ile serbest radikal temizleme metoduna göre antioksidan aktivite (AA) analizlerinin incelenmesi hedeflendi.

Bu hedef doğrultusunda Ch yalnızca lineer olarak kullanılmamakla birlikte nanopartiküler etken madde taşıyıcı olarak da kullanıldı. Etken madde olarak kullanılan CAPE; antiviral, antialerjik, antikanser, antimikrobiyal, antioksidan ve antienflamatuar özellikte bir moleküldür. Doku yıkımına sebebiyet veren ve eklem dokusunun bozulması sonucu açığa çıkan serbest radikallere hidrojen sağlayarak antioksidan özellik, osteoartiritte baş gösteren enflamasyona neden olan nükleer faktör kappa B (NF-κB) transkripsiyon faktörünü inhibe ederek antienflamatuar özellik gösterir. 

Sentezlenen nanopartiküllerin; boyut ve polidispersite indeksi (PDI) analizleri dinamik ışık saçılması (DLS) tekniği, zeta potansiyel değerleri ise elektroforetik ışık saçılması (ELS) tekniği ile yapıldı. Enkapsülasyonun gerçekleşip gerçekleşmediğinin tespiti için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi, yükleme kapasiteleri ve enkapsülasyon etkinlikleri analizleri için Ultraviyole-Görünür Işık (UV-Vis) spektroskopisi kullanıldı.

Üretilen doku iskelesinin fizikokimyasal karakterizasyonu FT-IR spektroskopisi, morfolojik karakterizasyonu ise Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ile gerçekleştirilmiş olup, ilaç salımı, şişme testi, MTT ile biyouyumluluk ve DPPH ile AA analizleri yapıldı.

Bu çalışmayla literatürde ilk defa OA tedavisi için; Ch, CAPE yüklü ChNP ve CS'den oluşan 3 bileşenli doku iskelesi üretildi.

Abstract:
Tissue engineering is a multidisciplinary field of study that offers alternative options to preserve existing tissue or support new tissue formation. One of the main purposes of tissue engineering is to generate tissue scaffolds to repair or imitate existing tissues and organs that need reconstruction. In tissue scaffolds, the components that are required by the cells for tissue repair can usually be provided by polymeric materials. In this direction, there are many tissue scaffold studies created by using chondroitin sulfate (CS), which are naturally found in the human body, and chitosan (Ch), a natural polymer that is found in the respective literature.

The goal of this thesis research is to produce an antimicrobial tissue scaffold that is to conjugate Caffeic acid phenethyl ester (CAPE) loaded with chitosan nanoparticles (ChNP) to the consisting of Ch and CS, which has the potential for treating of osteoarthritis (OA) and has not been studied in the literature before, and the physicochemical and morphological characteristics of this tissue scaffold, as well as drug release analysis, swelling test, biocompatibility with MTT ((3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) and antioxidant activity analysis with 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) were aimed to be assayed.

In line with this goal, chitosan is not only used linearly, but also as a nanoparticular active substance carrier. Using active substance carrier  CAPE; is a molecule which manifests antiviral, antiallergic, anticancer, antimicrobial, antioxidant and anti-inflammatory molecule. It has antioxidant properties by providing hydrogen to free radicals that cause tissue destruction and is released as a result of the deterioration of joint tissue, and it has anti-inflammatory properties by inhibiting the nuclear factor kappa B (NF-κB) transcription factor, which causes inflammation in osteoarthritis.

Synthesized nanoparticle size and polydispersity index (PDI) analyzes were performed using dynamic light scattering (DLS) technique, and zeta potential values were performed using electrophoretic light scattering (ELS) technique. Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy for the confirmation of the encapsulation and Ultraviolet–Visible (UV-VIS) spectroscopy to assay the encapsulation efficacy as well as for drug loading capacity.

Physicochemical characterization of the produced tissue scaffold was performed by FT-IR and morphological characterization by Scanning Electron Microscopy (SEM), swelling test and drug release analysis, drug release analysis, swelling test, biocompatibility with MTT and antioxidant activity with DDPH analyzes were performed.

With this study, three-component antimicrobial tissue scaffold, Ch, CAPE loaded ChNP and CS, was produced for the first time in the literature.