PEG-PLA içeren blok kopolimerlerin ilaç hapsetme verimliliğinin moleküler simülasyonlar yoluyla araştırılması

Abstract

Bilgisayar simülasyonları, farklı zaman ve uzunluk ölçeklerinde moleküllerin termodinamik ve fiziksel özelliklerinden yola çıkarak moleküler sistemlerin davranışlarını ve yapılarını incelemede kullanılmaktadır. Bu tezdeki simülasyon çalışmasında kaba tanecikli bir simülasyon tekniği olan Dağılıcı Parçacık Dinamiği (DPD) yöntemi ile polietilen glikol-polilaktik asit-polietilen glikol (PEG-PLA-PEG) sisteminin moleküler seviyede simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu tezin amacı incelenen polimerik ilaç taşıyıcı sistemin moleküler seviyedeki etkileşimlerinin, moleküler yapısının ve ilaç hapsetme verimliliğinin moleküler simülasyonlarla belirlenmesidir. Triblok kopolimer yapısındaki hidrofilik ve hidrofobik grupları içeren, PEG-PLA-PEG polimerik zincirinde hidrofilik grupları polietilen glikol, hidrofobik grupları ise polilaktik asit oluşturmaktadır. Öncelikle, uygun ilaç taşıyıcı sistem konsantrasyonunun tespiti için polimerik zincirin ilaç bulunmayan ortamda sadece su ile etkileşimi sonucu faz diyagramı oluşturulmuş, ardından bu faz diyagramından yola çıkılarak belirlenen küresel misel yapılara ibuprofen ve aspirin ilaçları yüklenmiştir. İbuprofen ve aspirin ilaçlarının seçilmesindeki sebep bu ilaçların görece basit bir kimyasal yapıya sahipolması ve hidrofobik yapıda olmasıdır. İbuprofen ve aspirinin PEG-PLA-PEG sistemi içindeki ilaç yükleme verimi yazılan bir bilgisayar kodu ile hesaplanmış ve hidrofilik ve hidrofobik grupların ilaç ile etkileşimleri Radyal Dağılım Fonksiyonu (RDF) hesaplanarak belirlenmiştir. İlaç yükleme verimliliğinin ibuprofen için aspirine göre yaklaşık üç kat daha yüksek bir değerde olduğu hesaplanmıştır. Bunun yanında, hidrofobik ilaçların polimerin hidrofobik kısımlarıyla daha baskın bir etkileşime girdiği gözlenmiştir. Tez kapsamında gerçekleştirilen moleküler simülasyonlar sonucu PEG-PLA-PEG sisteminin ilaç hapsetme verimliliği en fazla %56 olarak hesaplanmış ve ibuprofen ilacı için geliştirilmeye aday bir ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanabileceği değerlendirilmiştir.

Computer simulations are being used to investigate the behavior and structures of molecules at different time and length scales by considering their thermodynamic and physical properties. In this thesis, the simulation study of coarse-grained Dissipative Particle Dynamics (DPD) methods employed to study the drug encapsulation property of a polyethylene glycol-polylactic acid-polyethylene glycol (PEG-PLA-PEG) system. The aim of the simulation study in this thesis that is performed as an alternative to the experimental studies is to compute the molecular-level interactions, molecular structure and drug encapsulation efficiency of the system of interest. The PEG-PLA-PEG triblock copolymer structure contains hydrophilic and hydrophobic groups, and hydrophilic and hydrophobic groups are composed of polyethylene glycol polylactic acid, respectively. Initially, the concentration of the drug encapsulating system is obtained by running simulations to construct the phase diagram in order to decide the concentrations of the spherical micelles without drug but water present in the simulation environment. The spherical micelles are later used to encapsulate the ibuprofen and aspirin. The motivation to select such drugs in this thesis is that both structures have relatively simple chemical structures and both are hydrophobic. The drug encapsulation efficiencies are computed by a computer code written in-house and the interactions of the hydrophilic and hydrophobic groups with the drug are characterized by computing Radial Distribution Functions (RDF). The drug encapsulation efficiency of ibuprofen is observed to be higher with a times 3 difference compared to aspirin. In addition, hydrophobic drug is having a stronger interaction with the hydrophobic groups of the block copolymer. The results of the molecular simulations performed in this thesisshow that the PEG-PLA-PEG system encapsulates the ibuprofen drug at a maximum value of %56 meaning that this system can be considered as a candidate drug delivery systemfor ibuprofen.