Poli(Bütilenadipat-ko-Tereftalat) (PBAT) mikro ve nanopartiküller: Sentez, karakterizasyon ve kurkumin salım kinetiğinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışması `Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) Mikro ve Nanopartiküller:Sentez, Karakterizasyon ve Kurkumin Salım Kinetiğinin İncelenmesi` adlı ve FHD-2016-11953 kodlu Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi ve 2210-CTÜBİTAK Öncelikli Alanlara Yönelik Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı desteğiile gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, alifatik-aromatik bir kopoliester olanpoli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT)'ın ilaç salım sistemlerindeki etkinliğininaraştırılması hedeflenmiştir. Bu amaçla PBAT mikro ve nanopartiküllerin sentez vekarakterizasyonlarının ardından doğal, antikanserojen nitelikli bir ilaç olarak sonyıllarda öne çıkan kurkuminin partiküllere yüklenmesi ile in-vitro salımıgerçekleştirilmiş ve partiküllerin hücre kültür sistemlerindeki sitotoksik etkisibelirlenmiştir.İlk basamakta, kurkumin yüklü olmayan PBAT partiküller sentezlenmiştir. Eldeedilen sonuçlar doğrultusunda en uygun morfolojik özellikteki mikro ve nanoboyutta iki farklı partikül seçilmiştir ve çalışmanın diğer kısımlarında bu partiküllerkullanılmıştır. Bu partiküllerden %1 PBAT (w/v), %1 poli(vinil alkol) (PVA) (w/v) ilehazırlanan partiküller mikro boyutu; %1 PBAT (w/v), %1.5iididodesildimetilamonyum bromür (DMAB) (w/v) ile hazırlanan partiküller ise nanoboyutu temsil etmektedir. Elde edilen PBAT mikro ve nanopartiküllerin boyutlarısırasıyla 1.05 ± 0.53 m ve 0.38 ± 0.18 m'dir. Ardından PBAT mikro venanopartiküllere kurkumin yüklemesi gerçekleştirilmiştir. PBAT mikro venanopartiküllerin en yüksek kurkumin enkapsülasyon verimleri PBAT vekurkuminin kütlece oranının 10 kat olduğu durumda sırasıyla % 80 ± 5 ve % 90 ± 3olarak belirlenmiştir. Kurkumin yüklü olan ve olmayan PBAT mikro venanopartiküllerin karakterizasyon çalışmaları ile kimyasal ve termal özellikleriayrıntılı olarak belirlenmiş ve kurkuminin yapıdaki varlığı kanıtlanmıştır.Devam eden basamakta kurkumin yüklü PBAT mikro ve nanopartiküllerin in-vitrosalım çalışmaları yapılmış ve kurkumin salım kinetikleri incelenmiştir. Salımçalışmalarına göre kurkumin yüklü PBAT mikro ve nanopartiküllerden kurkuminin22 günde sırasıyla %49 ve %73 oranında salındığı belirlenmiştir. Mikropartiküllerile kurkumin salımının nanopartiküllere göre daha yavaş gerçekleştiği görülmüştür.Partiküllerin kurkumin salım kinetikleri incelendiğinde ise her iki tip partiküldenkurkumin salımının Higuchi salım kinetik modeline uyduğu belirlenmiştir.Son basamakta ise hücre kültürü çalışmaları ile MG-63 insan kemik kanserihücrelerinin ve MC3T3-E1 fare kemik öncül hücrelerinin tek tabaka kültürleriüzerinde kurkumin yüklü olan ve olmayan PBAT mikro ve nanopartiküllerinsitotoksik etkileri incelenmiştir. Hücrelerin canlılığı ve üremesi MTT (3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolyum bromür) analiziyle, hücre morfolojileri iseoptik mikroskop ve floresan mikroskop görüntüleri ile takip edilmiştir. PartiküllerinMG-63 hücrelerini inhibe ettiği ve MC3T3-E1 hücreleri üzerinde sitotoksik biretkiye neden olmadığı belirlenmiştir. Kurkuminin antikanserojen özelliğinin hücredöngüsündeki etkisi ise akış sitometre ile analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlaragöre kurkuminin MG-63 hücrelerini G0/G1 hücre döngü fazında inhibe ettiği veMC3T3-E1 hücreleri üzerinde anlamlı bir etkiye neden olmadığı belirlenmiştir.Anahtar kelimeler : Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat), mikropartikül, nanopartikül,kurkumin salımı, emülsiyon hazırlama-çözücü buharlaştırma, biyobozunurpolimerler, kemik kanser hücreleri, kemik öncül hücreleri.

This study was performed with the support of 'Poly(butylene adipate-coterephthalate)(PBAT) Micro and Nanoparticles: Synthesis, Characterization andInvestigation of Curcumin Release Kinetics' entitled and FHD-2016-11953 codedHacettepe University funding project and TÜBİTAK 2210-C Primary Subject NationalScholarship Program for MSc Students. In the scope of the thesis, the efficiency ofaliphatic-aromatic copolyester poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) indrug release applications was investigated. For this purpose, after the synthesisand characterization of PBAT micro and nanoparticles the loading and in-vitrorelease of curcumin that is recently prominent as a natural, anticancerogenic drugwas achieved and the cytotoxic effect of the particles was determined in the cellculture systems.In the first step, the PBAT particles without curcumin was synthesized. Due to theresults two type of particles having the optimum morphological properties at microand nano scale were selected and these particles were used for the furtherstudies. The particles which were prepared with 1% PBAT, 1% poly(vinyl alcohol)(PVA) were represented as microparticles and the particles which were preparedwith 1% PBAT, 1.5% didodecyldimethylammonium bromide (DMAB) wererepresented as nanoparticles. The dimensions of the prepared PBAT micro andnanoparticles were 1.05 ± 0.53 m and 0.38 ± 0.18 m, respectively. Then theivloading of curcumin to the PBAT micro and nanoparticles was achieved. Thehighest encapsulation efficiencies of PBAT micro and nanoparticles were obtainedwhen weight ratio of PBAT and curcumin was 10. The encapsulation efficiencies ofPBAT micro and nanoparticles were determined as 80 ± 5% and 90 ± 3%,respectively. The chemical and thermal properties of PBAT micro andnanoparticles with and without curcumin loading were determined in detail and thepresence of curcumin in the structure was shown.The in-vitro release studies of curcumin loaded PBAT micro and nanoparticleswere perfomed and the release kinetics of curcumin was investigated in this step.It was determined that curcumin was released from curcumin loaded micro andnanoparticles at the ratio of 49 % and 73 %, respectively for 22 days period. Itwas seen that the release of curcumin from microparticles was occured slowerthan that of nanoparticles. It was determined that the release of curcumin fromboth particles was fitted to Higuchi release kinetics model due to the curcuminrelease kinetics.In the last step, the cytotoxic effects of PBAT micro and nanoparticles with andwithout curcumin loading were determined using monolayer culture of MG-63human osteosarcoma cells and MC3T3-E1 rat preosteoblasts. The viability andgeneration of the cells were monitored via the MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) analysis and the cell morphologies wereobserved with images of optical microscopy and fluorescence microscopy. It wasdetermined that the particles inhibited MG-63 cells and they were not caused acytotoxic effect on MC3T3-E1 cells. The anticarcinogenic effect of curcumin on cellcycle was analyzed with flow cytometry. It was determined that curcumin inhibitedMG-63 cells at the G0/G1 phase and it did not cause a significant effect onMC3T3-E1 cells.Key words: Poly(butylene adipate-co-terephthalate), microparticles,nanoparticles, curcumin release, emulsion preparation-solvent evaporation,biodegradable polymers, osteosarcoma cells, preosteoblast cells.