Development of eudragit electrospun fibers functionalized by cinnamon leaf oil complexation with cyclodextrins for wound healing application

Abstract

Esansiyel yağlar, doğal antimikrobiyal aktiviteye sahip güçlü ajanlardır. Ancak sudaçözünürlüğünün düşük olması ve uçuculuğunun yüksek olması kullanımını sınırlı kılmaktadır.Bu zorluğun üstesinden gelmek için farklı yöntemler vardır. Bunların en ilginçleri arasında,sadece suda çözünürlüklerini iyileştirmekle kalmayıp aynı zamanda esansiyel yağların rafömrünü de uzatabilen nanomalzemeler içinde kapsüllenmeleri yer almaktadır. Bu tezin amacı,inklüzyon kompleksleri ve elektro-eğirme yöntemlerini aynı anda kullanarak, her iki yönteminde avantajlarından yararlanarak yüksek performanslı enkapsüle edilmiş yağa ulaşmaktır. Buamaca ulaşmak için, Eudragit elektrospun lifleri, siklodekstrinler ile tarçın yaprağı yağıkompleksleştirmesi ile fonksiyonelleştirilmiştir. Bunun için, ilk olarak, tarçın yaprağı yağı,dondurarak kurutma yöntemi ile β-siklodekstrin ve sülfobütil eter β-siklodekstrin sodyumiçerisinde moleküler olarak kapsüllendi. β-CD ve SBE-β-CD' nin çözündürme ve kompleksoluşturma yeteneği, faz çözünürlük testi ile doğrulandı. Enkapsüle edilen CEO miktarı UV-Visspektrometrisi kullanılarak belirlendi. İnklüzyon komplekslerinin oluşumu, DLS, SEM, FTIR,TGA, DSC ve 1H-NMR spektroskopisini içeren çeşitli analizlerle karakterize edildi. Ardından,ilk kez, CEO/β-CD-IC ve CEO/SBE-β-CD-IC' nin antibakteriyel aktivitesi hem gram negatifbakteri (E. coli) hem de gram pozitif bakteri (S. aureus)' a karşı değerlendirildi. İkinci olarak,CEO/β-CD-IC ve CEO/SBE-β-CD-IC yüklü Eudragit elektrospun lifleri ilk kez elektro-eğirmeyöntemiyle üretildi ve karşılaştırıldı. Elektrospun liflerin fiziko-kimyasal özellikleri, ıslatmakabiliyeti ve su alma kapasitesi karakterize edildi. Bu liflerin antibakteriyel aktivitesi, kolonisayma yöntemiyle E. coli ve S. aureus' a karşı belirlendi. Ayrıca bu liflerin sitotoksik etkisiL929 fibroblast hücre hattı üzerinde test edildi. UV-Vis spektrometresi ile lif içerisindeki yağmiktarı ve farklı pH' daki ilaç salım profili belirlendi. CEO/βCD-IC yüklü Eudragit S100fiberin, yüksek su alımı, dengeli hidrofilik dış yüzeyi, toksik olmayan özelliği, yüksekantibakteriyel aktivitesi ve pH 5.5'da kontrollü ilaç salımı nedeniyle yara iyileştirmeuygulamaları için özellikle diyabetik ülser tedavisinde iyi bir aday olduğu bulundu.Anahtar Kelimeler: Tarçın yaprağı yağı, siklodekstrin, elektro-eğirme, kontrollü salım, yaraörtüsü

Essential oils are powerful agents which have natural antimicrobial activity. However, its poorwater solubility and high volatility make its usage limited. There are different methods toovercome this challenge. Among the most interesting of them is their encapsulation insidenanomaterials which not only could improve their water solubility but also extend the shelf lifeof essential oils. The aim of this thesis was to reach to a high-performance encapsulated oil viautilizing inclusion complexes and electrospinning methods, simultaneously, to benefit from theadvantages of both methods. To reach this aim, Eudragit electrospun fibers were functionalizedby cinnamon leaf oil complexation with cyclodextrins. For this, firstly, cinnamon leaf oil wasmolecularly encapsulated within β-cyclodextrin and sulfobutyl ether β-cyclodextrin sodium viafreeze-drying method. Solubilizing and complexing ability of β-CD and SBE-β-CD wereconfirmed via phase solubility assay. Encapsulated amount of CEO was determined using UVVis spectrometry. The formation of inclusion complexes was characterized by several analysesincludes DLS, SEM, FTIR, TGA, DSC, and 1H-NMR spectroscopy. Then, the antibacterialactivity of CEO/β-CD-IC and CEO/SBE-β-CD-IC were assessed against both gram-negativebacteria (E. coli) and gram-positive bacteria (S. aureus). In the second part, CEO/βCD-ICloaded Eudragit S100 fiber and CEO/SBE-βCD-IC loaded Eudragit S100 fiber were producedusing the electrospinning method, and the physicochemical properties, wetting ability, andwater uptake capacity of the electrospun fibers were characterized. The antibacterial activity ofthese fibers was determined against E. coli and S. aureus by the colony counting method. Also,the cytotoxic effect of these fibers was tested on the L929 fibroblast cell line. The amount ofoil inside the fibers and their release profile at different pH were determined by UV-Visspectrometry. According to the results of this study, CEO/βCD-IC loaded Eudragit S100fiber was found to be a good candidate for wound healing applications especially for treatmentof diabetic ulcer because of its high-water uptake, a balanced hydrophilic outer surface, nontoxic property, high antibacterial activity, and controlled drug release ability at pH 5.5.Keywords: Cinnamon leaf oil, cyclodextrin, electrospinning, controlled release, wounddressing