Formation and characterization of silk fibroin/hyaluronic acid complexes and their use in iontophoretic drug delivery

Abstract

Özge MALAYAdı-Soyadı:Okul: İzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Kimya MühendisliğiProgramı: Kimya Mühendisliği (Yüksek Lisans)Tez Başlığı: İpek Fibroin / Hyaluronik Asit Komplekslerin Oluşumu,Karakterizasyonu ve İyontoforetik İlaç Aktarımında KullanımıÖZETBu çalışmada, ipek fibroin (SF) and hyaluronic asitin (HA) pH'a bağlı olarakkompleks oluşturması ve sıvı karışımda oluşan kompleks çözeltilerin dökümü veuygun şartlar altında kurutulması sonucunda elde edilen filmlerin iyontoforetik ilaçsalım sistemlerinde kullanılma potensiyeli araştırılmıştır.SF-HA kompleks koazervasyonu, turbidimetrik, kondaktometrik, gravimetrikve vizkozitemetrik yöntemlerle incelenmiş ve toplam biyopolymer konsantrasyonu vekarışımda bulunan biyopolymerlerin ağırlık oranları açısından incelenmiştir. Buanalizler sonuncunda, SF-HA kompleks oluşumu, toplam biyopolymerkonsantrasyonu, polymerin karışım oranı ve karışım sırasından bağımsız olarak pH2.5-3.5 aralığında gerçekleşmiştir. En fazla koazervasyon maksimum turbidite veminimum vizkozite değerlerinde elde edilmiştir.Belirlenen şartlar altında hazırlanan kompleks karışımından filmler dökülmüşve kontrollü olarak kurutulmuştur, ve sonuç olarak suda çözünmeyen, şeffaf, ipekfilmlere göre mekanik olarak daha dayanıklı filmler elde edilmiştir. Elde edilenfilmler DSC, XRD, FT-IR, SEM ve AFM cihazları aracılığıyla karakterize edilmiştir.Filmlerin şişme kinetiği pH 2.5 - 7.4 aralığında çalışılmış ve filmlerin pH duyarlılığınıölçmek için siklik şişme testi uygulanmıştır. Kompleks filmlerin alkalin ortamda dahafazla şişme gösterdiği ve pH değişimlerine duyarlı olduğu tespit edilmiştir. Buna bağlıolarak da farklı pH değerlerinde (2.5 ve 7.4) gerçekleştirilen geçirgenlik deneylerindealkalin ortamda daha fazla ilaç geçirgenliği gösterdiği belirlenmiştir. Son olarak, hempasif durumda hem de kesikli elektrik alan uygulaması altında iyontoforetik ilaçgeçirgenliği ve ilaç yüklenmiş filmden ilaç salımı özel yapım difüzyon hücresikullanılarak incelenmiştir. SF-HA kompleks filmlerin kontrollü ilaç iletimi içinkullanılabileceği gösterilmiştir. İlacın kesikli tarzda kontrollü salımı başarılmıştır.Çalışmada model ilaç olarak timolol maleate kullanılmıştır.

Özge MALAYName:School: İzmir Institute of TechnologyChemical EngineeringDepartment:Chemical Engineering (Master)Major:Formation And Characterization Of Silk Fibroin /Title of Thesis:Hyaluronic Acid Complexes And Their Use InIontophoretic Drug DeliveryABSTRACTThis study aimed the investigation of the pH-induced complexation of silkfibroin (SF) and hyaluronic acid (HA), and the potential use of the films casted fromthe aqueous mixtures of the SF-HA complexes in iontophoretic drug deliveryapplications.In the present study, SF-HA complex coacervation was investigated byturbidimetric, conductometric, gravimetric and viscosimetric analysis with respect tochanges in total biopolymer concentration and biopolymer weight ratio. SF-HAcomplexes were formed within the pH-window of 2.5-3.5 regardless of the totalbiopolymer concentration, biopolymer ratio or mixing order.SF-HA aqueous complex mixtures, prepared under previously determinedconditions, were casted and dried under controlled conditions. The resultant insolubleand transparent films were subjected to instrumental analysis such as DSC, XRD,FT-IR, SEM and AFM. Swelling kinetics of the films was studied for pH window of2.5- 7.4 and cyclic swelling test was performed to determine the pH-responsiveness ofthe films. It was shown that films swelled more in alkaline conditions and respondedto the changes in pH of the medium. The permeability of the films were tested withmodified-diffusion-vessels method at pH 2.5 and 7.4 and it was demonstrated that thecomplex films had higher permeability in alkaline condition. Eventually,iontophoretically assisted drug permeation and release studies were performed with acustom-made diffusion cell under both passive condition and electric field applied inpulsatile fashion. In conclusion, SF-HA complex films were found promising for theiontophoretic delivery of high molecular weight and charged drugs for a membrane-permeation controlled formulation. In this study, timolol maleate (TM) was used asthe model drug.