1,4-diazabisiklo[2.2.2]oktan esaslı katyonik polimerlerin halka açılma metatez polimerizasyonu metodu ile sentezi ve antibakteriyel etkinliklerinin incelenmesi

Abstract

Bakteri enfeksiyonu evrensel bir problemdir ve özellikle son 10 yılda artan ölüm oranı ile daha da önemli hale gelmiştir. Bakterilerin antibiyotiklere karşı kazandıkları direnç enfeksiyona bağlı hastalıkların temel nedenidir. Yeni jenerasyon antibiyotikler bakterilere karşı savaşta son derece önemlidir. Temel olarak yeni jenerasyon antibiyotiklerde; ana savunma peptitleri ve bunların sentetik taklitleri olmak üzere iki ana kategori vardır. Antimikrobiyal sentetik polimerler ana savunma peptitlerinin en önemli sentetik analoglarıdır. Bu polimerlerin fizyolojik ortamda kararlı oluşu,sentezleme kolaylıkları ve düşük maliyetli olmaları doğal antimikrobiyal peptitlere karşı önemli avantaj sağlamaktadır. Amfifilik yapıdaki polimerlerin bakteri hücre duvarını zedelediği ve bunun sonucunda bakteriyi öldürdüğü bilinmektedir. Bu sebeple bakterinin bu tip öldürme mekanizmasına karşı direnç geliştiremeyeceği öngörülmektedir.Çalışma kapsamında halka açılma metatez polimerizasyonu ile iyi tasarlanmış polimerler sentezlenmiştir. Sentezlenen polimerlerin katyonik yapıları anyonik bakteri yüzeyi ile yüksek etkileşim sağlamaktadır. DABCO ve pridin içeren norbornen türevi monomerlerin; 3000 g/mol ve 10.000 g/mol molekül ağırlığına sahip homopolimerleri ve farklı mol oranlarında 5000 g/mol ağırlığındaki kopolimerleri sentezlenmiştir. Farklı hidrofobik gruba ve yük yoğunluğuna sahip monomerlerin homopolimerleri ve kopolimerleri için antimikrobiyal aktivite testleri E.coli ve S.aureus' a karşı hem solüsyonda hem de katı yüzeyde (cam) yapılmıştır. Sitotoksisite çalışmaları kapsamında hemolitik konsantrasyon (HC50) değerleri tespit edilmiştir. Polimerlerle kaplı cam yüzeylere floresein testi yapılarak katyonik yük yoğunluğu belirlenmiştir. Katyonik yük yoğunluğu polimer ile kaplı cam yüzeylerin antimikrobiyal etki mekanizmalarının incelenmesinde kullanılmıştır. Ayrıca yapı- aktivite ilişkisini anlamak için zeta potansiyel testi yapılmıştır. Çalışma sonucunda DABCO esaslı homopolimerin (D_10) gram (+) bakteriye karşı en yüksek aktiviteye (S. aureus= 8 μg/mL) sahip polimer olduğu tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında sentezlenen polimerlerin E. Coli' ye karşı aktiviteleri zayıftır (>256 μg/mL). Polimerlerin hemolitik konsantrasyon değerleri ~2000 μg/mL bulunmuştur.

Bacterial infection, as a global problem, become more important especially in the last decades due to rising death rates. The new generation antibiotics are quite important for fighting against the bacteria. Basically, there are two main categories of new generation antibiotics: the host defense peptides and their synthetic analogues of host defense peptides. Antimicrobial synthetic polymers are one of the most important mimics for host defense peptides. The stable behavior of these polymers at physiological environments and their easy and cheap synthesization make them superior comparing to other natural peptide derivatives. It is also well known that amphiphilic polymers disrupt the cell membranes of the bacteria and can realize the cell death. It is suggested that the bacteria will not be resistant against this destruction mechanism.This paper focuses on the synthesis of polymers with well defined architecture derived by Ring Opening Metathesis Polymerization technique. The synthesized polymers have a cationic structure with the advantage of having high interaction with the anionic surfaces of the bacteria. In the scope of this work, the monomers containing DABCO and pyridine have been used to synthesize homopolymers with molecular weights of 3000 g/mole and 10000 g/mole and their copolymers with molecular weights of 5000 g/mole. The effect of hydrophobicity and cationic charge denstiy on the antimicrobial activity was investigated. E.coli and S.aureus were used to determine antimicrobial activity of polymers on solid surface (glass) and solution phase. Cytotoxicity of the polymers were determined by hemolytic concentration (HC50). Florecein test was used to calculate cationic charge density on coating glass with polymers. Cationic charge density was used to investigate mechanism of antimicrobial efficiency on coating glass surface with polymer. Also zeta potential studies was applied to understand structure- acivity relationship. During the experiments, it has been observed that DABCO based homopolymer (D_10) has the highest activity (S.aureus= 8 µg/mL). All polymers show low antimicrobial activity against E.coli ( < 256 µg/mL). Hemolytic concantration values of polymers were found ~2000 µg/mL.