Fosfoester bağları içeren gen taşıyıcı polimerik nanopartiküllerin sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmanın amacı, doğal polimer esaslı yeni bir viral olmayan gen taşıyıcı nanopartiküler sistemin geliştirilmesi, karakterizasyonu ve gen taşıma kapasitesinin incelenmesidir. Bu amaçla bir biyopolimer olan kitosana (Chi), ilk defa bu çalışmada, yapısında fosfoester bağlarını içermesiyle birlikte serbest NH2 grubu bakımından zenginleştirmek için, bir etanolamin türevi olan o-fosforiletanolamin (o-PEA) bileşiği ile modifikasyon reaksiyonu uygulandı. Ortalama molekül ağırlığının gen taşıma karakteristiklerine etkilerini de incelemek için Chi'ın depolimerizasyonu da gerçekleştirildi ve ürün düşük molekül ağırlıklı kitosan (LMWChi) bileşiğine de aynı modifikasyon reaksiyonu uygulandı. Modifikasyon ürünleri modifiye kitosan (MChi) ve modifiye düşük molekül ağırlıklı kitosanın (MLMWChi) yapıları FTIR spektroskopi tekniği ile aydınlatıldı ve sitotoksisite özellikleri incelendi. Ortalama molekül ağırlıkları tayinleri ise GPC-SEC sistemi kullanılarak gerçekleştirildi. Takiben Chi, LMWChi, MChi ve MLMWChi bileşiklerinin iyonik jelasyon yöntemi ile nanopartiküler taşıyıcı sistem formülasyonları hazırlandı ve partikül boyutu, polidisperslik indeksi (PDI) ve zeta potansiyeli özellikleri belirlenerek, formülasyonlar optimize edildi. Kullanılan Chi'ın piyasada bulunan fiziksel şekillerinin, nanopartikül formülasyonlarının özelliklerine etkileri de incelendi. Uygun boyut ve yük dağılımına sahip nanopartikül formülasyonlarının stabiliteleri incelendi. Optimize nanopartikül formülasyonlarının gen taşıma kapasitelerini tayin etmek için polimer-pDNA kompleksleri hazırlandı ve bu kompleksler jel elektroforez tekniği ile yürütülerek ölçüldü. Uygun özelliklerdeki nanopartikül formülasyonlarının insan embriyonik böbrek 293 (HEK293T) hücre hatları için in vitro transfeksiyon etkinlikleri de değerlendirildi. Sonuç olarak, ilk defa bu çalışmada sentezlenen modifiye Chi esaslı nanopartiküler formülasyonların HEK293T hücreleri için diğer viral olmayan gen taşıyıcı sistemlere alternatif biyouyumlu, biyobozunur, toksik olmayan, stabil sistemler olarak kullanılabilirliği ortaya koyuldu.

The aim of this study realized in this thesis is to develop and to characterize a novel natural polymer based nonviral gene carrier nanoparticular system and to investigate its gene binding capacity. For this purpose, in order to enrich the free NH2 group with also incorporation of phosphoester bonds in its structure, the modification reaction was applied to chitosan (Chi), which is a biopolymer, by using o-phosphorylethanolamine (o-PEA) compound, which is an ethanolamine derivative, for the first time. In order to investigate the effects of the average molecular weight on the gene binding characteristics, depolymerization of Chi was realized and the same modification reaction was also applied to low molecular weight chitosan (LMWChi) product. The structures of the modification products modified chitosan (MChi) and modified low molecular weight chitosan (MLMWChi) were clarified by FTIR spectroscopy technique and their cytotoxicity properties were also investigated. The determination of their average molecular weight was also realized by using GPC-SEC system. Afterwards, nanoparticular carrier system formulations of the Chi, LMWChi, MChi and MLMWChi compounds were prepared by ionic gelation method and the formulations were optimized by the determination of their particle size, polydispersity index (PDI) and zeta potential properties. The effects of the physical form of the Chi used in the market on the properties of the nanoparticle formulations was also studied. Stabilities of the nanoparticle formulations which have appropriate size and charge distribution were also examined. In order to determine the gene binding capacity of the optimized nanoparticle formulations, the polymer-pDNA complexes were prepared and these complexes were measured by running the gel electrophoresis technique. In vitro transfection efficiencies of the nanoparticle formulations with appropriate properties for human embryonic kidney 293 (HEK293T) cell line were also evaluated. As a result, it was demonstrated that the modified Chi based nanoparticulate formulations synthesized in this study for the first time could be used as alternative biocompatible, biodegradable, non-toxic, stable systems for the non-viral gene carrier systems for HEK293T cell lines.