Siklosporin a salımı için alternatif polimerik taşıyıcıların geliştirilmesi ve in vitro salım kinetiğinin incelenmesi
Development of alternative polymeric carriers for cyclosporine a release and investigation of in vitro release kinetics
Yazar: AYŞE BERNA BAŞBAĞ
Danışman: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sunulan çalışmada, subkonjonktival uygulama şeklinde kullanılmak üzere siklosporin A (CsA) yüklü dört farklı polimerik taşıyıcı sistem geliştirilmiştir. Poli(?-kaprolakton) (PCL) implantlar, çözücü-buharlaştırma yöntemiyle oda sıcaklığında hazırlanmıştır. Siklosporin A'nın hidrofobik karakteri nedeniyle, hidrojel sistemlerde siklodekstrinler ile çalışılmıştır. İlk olarak (2-hidroksipropil)-ß-siklodekstrin (HPßCD) hidrojeller sentezlenmiştir. Sentezlenen HPßCD hidrojellerinde hem HPßCD miktarı, hem de çapraz bağlayıcı ajan olan etilen glikol diglisidil eter (EGDE) miktarı değiştirilmiş; HPßCD ve EGDE miktarının jelleşme üzerine etkisi incelenmiştir. İkinci hidrojel sistem ise poli(2-hidroksietil metakrilat) (poli(HEMA))'dır. Poli(HEMA) hidrojelleri, başlatıcı olarak azobisizobütironitril (AIBN) kullanılarak yığın polimerizasyonu ile hazırlanmıştır. Son olarak ise; poli(HEMA) hidrojellerin, hidrofobik ilaçlar için taşıyıcı sistem olarak kullanılmasını geliştirmek amacıyla siklodekstrinlerle kopolimerleri sentezlenmiştir. HEMA miktarı sabit tutulup HPßCD miktarı değiştirilerek dört farklı poli(HEMA-co-HPßCD) kopolimeri hazırlanmıştır.Karakterizasyon çalışmaları kapsamında yapılan şişme deneyleri yalnızca hidrojel örneklerle yürütülmüştür. Üç farklı türdeki hidrojel, denge şişme değerleri açısından karşılaştırıldığında, HPßCD hidrojellerin en yüksek şişme oranına sahip olduğu görülmüştür. HPßCD hidrojelleri, azalan oranda sırayla poli(HEMA-co-HPßCD) ve poli(HEMA) izlemiştir. Şişme çalışmalarının yanı sıra; CsA içeren ve içermeyen örneklerin kimyasal yapıları FTIR-ATR spektrofotometresi ile, termal geçiş sıcaklıkları ise diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) analizleri ve dinamik mekanik analiz (DMA) çalışmaları ile incelenmiştir. Elde edilen FTIR spektrumları ile DSC ve DMA termogramları, CsA'nın polimerik yapılar içerisindeki varlığını kanıtlamıştır.Siklosporin A, PCL implantlara üretim aşamasında; hidrojel sistemlere ise emdirme yöntemi ile yüklenmiştir. HPßCD hidrojellere yükleme, derişimi 2 mg/mL olan yükleme çözeltisinde; poli(HEMA) hidrojellere ise CsA?HPßCD kompleks çözeltisi içerisinde gerçekleşmiştir. Poli(HEMA-co-HPßCD) hidrojellere yükleme, başlangıç derişiminin etkisini incelemek amacıyla iki farklı konsantrasyonda (1 mg/mL ve 2 mg/mL) gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında sentezlenen tüm polimerik sistemler içinde, en fazla CsA yüklemesi (20 mg CsA) PCL implantlarda olmuştur. Şişme kapasitesi oldukça yüksek olan HPßCD hidrojellere yüklenen CsA miktarı (22.12?16.05 mg/g kuru jel), poli(HEMA-co-HPßCD) kopolimerlerinden (1.77?17.13 mg/g kuru jel) fazla olmuştur. Yüklenen miktarın en düşük olduğu sistem ise poli(HEMA) hidrojelleridir (2.50 mg/g kuru jel).Salım çalışmaları fosfat tampon çözeltisi içeren (PBS, 37oC, pH=7.4) ortamda yürütülmüştür. Sentezlenen dört farklı polimerik sistem, salım profilleri göz önüne alınarak karşılaştırıldığında; en yavaş salım hızının PCL implantlarda elde edildiği görülmüştür. Poli(HEMA) hidrojellerde ilk üç günde ani salım gerçekleşmiştir. HPßCD hidrojellerde iki aylık süre sonunda %55?%65 arasında; poli(HEMA-co-HPßCD) kopolimerlerde ise %38?%78 arasında salım değerleri elde edilmiştir. Sonuçta; subkonjonktival uygulama için yüklenen CsA miktarları ve salım profilleri de göz önüne alınarak en uygun sistemin PCL implantlar olduğuna karar verilmiştir.

Abstract:
In the presented study, four different polymeric systems were developed for subconjunctival administration of cyclosporine A (CsA). Poly(?-caprolactone) (PCL) implants were prepared by solvent-evaporation method at room temperature. Due to the hydrophobic character of CsA, cyclodextrins were used in hydrogel systems. First of all, (2-hydroxypropyl)-ß-cyclodextrin (HPßCD) hydrogels were synthesized. Both the amounts of HPßCD and the cross-linker agent, ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE), were adjusted to monitor the effect of them on gelling. The second hydrogel system is poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (poly(HEMA)) which was synthesized by bulk polymerization in the presence of azobisisobutyronitrile (AIBN) as initiator. Finally, to improve the use of poly(HEMA) hydrogels in drug delivery systems for hydrophobic drugs, their copolymers with cyclodextrins were synthesized. Four poly(HEMA-co-HPßCD) copolymers were prepared by keeping the amount of HEMA constant and varying the amounts of HPßCD.Swelling studies within the scope of characterization step were carried out only with hydrogel samples. When three different types of hydrogels were compared according to their equilibrium swelling ratios, HPßCD hydrogels were observed to have the highest equilibrium swelling ratio. On descending order, HPßCD hydrogels were followed by poly(HEMA-co-HPßCD) and poly(HEMA). In addition to the swelling studies, chemical structures of CsA inclusive and non-inclusive samples were analyzed with FTIR-ATR spectrophotometer and thermal transition temperatures were identified by differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis (DMA) studies. The results indicated the presence of CsA within the hydrogel samples.Cyclosporine A was loaded to the PCL implants during the production and to the hydrogel systems by embedding method. Drug loading for HPßCD hydrogels was performed in a loading solution with a concentration of 2 mg/mL and for poly(HEMA) hydrogels it was performed in CsA?HPßCD complex solution. In order to examine the effect of initial concentration of loading solution, poly(HEMA-co-HPßCD) copolymers were immersed CsA solution in two different concentrations (1 mg/mL ve 2 mg/mL). The maximum loading of CsA (20 mg CsA) occurred in PCL implants among the polymer systems synthesized in the study. Amount of loaded CsA (22.12?16.05 mg/g dry gel) in the HPßCD hydrogels which have a high swelling capacity, was more than that of poly(HEMA-co-HPßCD) copolymers (1.77?17.13 mg/g dry gel). The least amount of loading (2.50 mg/g dry gel) occurred in poly(HEMA) hydrogel systems.Drug release studies were performed in phosphate buffer solution (PBS, 37oC, pH=7.4) medium. When the polymeric systems were compared by taking the release profiles into consideration, the slowest drug release rate was observed in PCL implants. For poly(HEMA) hydrogels, a burst release occurred in the first three days. After the two months period, a release amount of 55 %?65% for HPßCD hydrogels and 38 %?78 % for poly(HEMA-co-HPßCD) copolymers were achieved. For subconjunctival administration, by taking into consideration the amounts of loaded CsA and release profiles it was decided that the most suitable system was PCL implants.