Deri içine ilaç gönderimi gerçekleştirecek polimer destekli karbon nanotüp mikro iğne dizisi fabrikasyonu

Hastalık tedavilerinde oral yolla alınan ilaçların mide bağırsak kanalında ve böbreklerde emilimi ve enzimatik çözünümü yetersiz olduğundan deri altı ilaç enjeksiyonu daha çok tercih edilen bir yöntemdir. Fakat hem uygulama aşamasındaki sorunlar hem de kullanılan ilaç dozu ile tesiri kıyaslandığında görülmektedir ki bu yöntemin de yetersiz yanları bulunmaktadır. Bu nedenle geleneksel enjektör-iğne kullanımı ile gerçekleştirilen deri altı ilaç enjeksiyonu yerini yeni ilaç gönderim yöntemlerine bırakmaya hazırlanmaktadır. Yeni yöntemlerin başında mikro iğne (Mİ) enjeksiyonu ile deriyi hedef alan ilaç gönderimi gelmektedir. Deri altı ilaç enjeksiyonundan kaynaklı olumsuzlukların en başında uygulama aşamasında hastaya verdiği acı, uygulanan bölgede meydana gelen kanama ve deformasyon ve bu nedenlerden dolayı hastada oluşan iğne korkusu ve endişe ön plana çıkmaktadır. Diğer taraftan Mİ kullanılarak deriye ilaç gönderiminde, iğnelerin boyutları çok küçük olduğundan bu yöntem hastada acı hissi, kanama ve deformasyon oluşturmamakta ve böylece iğne korkusu ve endişeye yol açmamaktadır. Ayrıca Mİ kullanımı oldukça pratik olduğundan herhangi bir teknik beceri gerektirmeden hastanın kendisi tarafından kolayca uygulanabilir ve böylece geleneksel enjektör-iğne kullanımında meydana gelen kazalardan ve yaralanmalardan da kaçınılmış olur. Mİ enjeksiyonu ile hedef alınan deri, antijen bakımından oldukça zengin hücrelere ev sahipliği yapmaktadır. Derideki epidermis tabakası çok sayıda langerhans hücreleri barındırırken, dermis tabakasında da dendritik hücreler bulunmaktadır. Bu nedenle ilaçların deri altına değil de deriye gönderilmesi ile hem ilacın etkisi arttırılmış hem de kullanılan ilacın dozajını düşürebilme imkanı sağlanmış olur. Büyük bir potansiyele sahip olan Mİ ile ilaç gönderim yönteminin yaygın olarak kullanılması için birçok araştırmacı tarafından farklı malzeme ve fabrikasyon teknikleri kullanılarak farklı işlevselliğe sahip Mİ çeşitleri üretilmektedir. Yöntemin uygulanabilirliği ve başarısı büyük ölçüde Mİ'lerin kolay üretilebilmesi ve işlevselliğine bağlıdır. Bu nedenle fabrikasyon aşamasında üreticiye kolaylık ve yapısal esneklik sağlayabilecek bir malzemenin seçilmesi büyük öneme sahiptir. Mİ'lerin yapısını oluşturan malzemenin silikon veya metaller arasından seçilmesi, fabrikasyondaki işlem basamaklarını büyük ölçüde arttırmakta, üretim süresini uzatmakta ve maliyeti yükseltmektedir. Ayrıca fabrikasyonunun yukarıdan aşağı yerine aşağıdan yukarı yaklaşımla gerçekleştirilmesi Mİ'nin yapısında ölçeklendirmeye ve büyük bir esnekliğe izin vermektedir. Sentezindeki esneklik ve kolaylık göz önüne alındığında karbon nanotüpün (KNT) Mİ yapımında kullanılabilecek ideal bir malzeme olduğu görülmektedir. Tek adımdan ibaret KNT sentezi ile kanal dahil Mİ'yi meydana getiren bütün bileşenlerin oluşturulabilmesi fabrikasyonda önemli ölçüde kolaylık sağlamaktadır. Yapılan literatür araştırmasında silikon, metal, cam ve polimer gibi malzemeler kullanılarak Mİ yapımı birçok grup tarafından rapor edilirken, KNT tabanlı Mİ fabrikasyonunun sadece bir grup tarafından rapor edildiği görülmüştür. Rapor edilen çalışmada üretilen Mİ dizisindeki iğne sayısının sadece 9 olduğu görülmekte ve bu sınırlı sayıdaki kanal aracılığı ile ilaç gönderiminin uzun zaman aldığı düşünülmektedir. Ayıca Mİ'ler ile yapılan ilaç gönderim testlerinde derinin iğne ucuna uyguladığı baskı nedeniyle ilaç gönderim hızının büyük ölçüde düştüğü de rapor edilmiştir. Bu soruna Mİ'nin deriye girdikten sonra bir miktar geri çekilmesi veya Mİ'nin ucunun eğik bir biçimde tasarlanması gibi çözümler önerilmektedir. Fakat Mİ'ler çok kısa olduğundan pratik olarak geri çekilmeleri mümkün olmayabilir. Bu sebeple önerilen projesinin amacı, deriye ilaç gönderimi yapacak, dikey KNT yığınlarından oluşan, polimer ile desteklenmiş, uçları deri baskısını engelleyen orijinal bir başlığa sahip, içi boş kanallı Mİ'ler dizisi fabrikasyonu ve bu Mİ'lerin dayanıklılığının ve ilaç gönderim hızının test edilmesidir. Önerilen projede kimyasal buhar çökeltme (KBÇ) yöntemi kullanılarak dikey olarak büyütülecek olan KNT'ler, Mİ'lerin iskelesini oluşturacaktır. KNT'lerin sentezlenmesine aracılık eden Fe katalizör parçacıklar SiO2 alttaş üzerine optik litografi ve elektron demeti buharlaştırma tekniği kullanılarak içi boş halkalar şeklinde konulacak ve böylece sadece bu bölgelerden KNT büyümesi sağlanacaktır. Sonuç olarak dikey olarak büyüyecek KNT yığınları içi boş, silindirik Mİ'lerin şeklini alacaktır. KNT yığınlarından oluşan bu yapı gözeneklere sahip olduğundan fiziksel baskılara karşı az dayanıklıdır. Bu durumun üstesinden gelmek için gözenekler döndürmeli kaplama cihazı kullanılarak polietilenglikoldiakrilat (PEGDA) polimer ile doldurulacak ve böylece yapı mekanik olarak sağlamlaştırılacaktır. PEGDA ile desteklenen KNT Mİ'ler dış deri tabakasını (stratum corneum) aşarak deriye nüfuz edebilecek dayanıklılığa ulaşacaktır. PEGDA'nın KNT'ler ile kuracağı kimyasal bağlar sayesinde yığındaki her bir KNT kimyasal olarak işlenmiş olacaktır. Böylece işlenmemiş KNT'lerin literatürdeki tartışmalı toksisitesi de biyo uyumlu PEGDA ile kaplanmalarıyla ortadan kaldırılacaktır. Gözeneklerin dolması ile artan polimerin tabana yığılması ile Mİ'leri tabandan destekleyecek ve silikondan ayrılmasını sağlayacak bir polimer tabaka oluşacaktır. Litografi ve sentez parametrelerinin değiştirilmesi ile çeşitli boyutlarda KNT Mİ fabrikasyonu gerçekleştirilebilir. Bu da farklı boy ve çaplarda Mİ üretimine olanak sağlamaktadır. Mİ'lerin ucundaki deri baskısını engelleyeceği düşünülen başlık da bölgesel katalizör desenleme ve litografi sayesinde yine KNT sentezi sırasında oluşacaktır. İlaç gönderim hızını arttırmak amacıyla bir dizide en az 25-100 arası Mİ olması düşünülmektedir. Böylece literatürdeki KNT tabanlı Mİ çalışmasında elde edilen ilaç gönderim süresini 3-10 kat arasında iyileştirmeyi planlanmaktayız. Fabrikasyon ve polimer katkısının ardından Mİ'ler, polidimetilsiloksan (PDMS)'den üretilecek, uygulamayı kolaylaştıracak olan bir düzeneğe monte edilecektir. Bu düzenek sayesinde üretilecek olan KNT Mİ'ler halihazırdaki ince serum hortumlarına veya enjektöre monte edilerek kullanılabilecektir. Mİ'lerin dayanıklılığı ve sıvı gönderim hızı hidrojel ve ölü sıçan derisi üzerinde test edilecektir. KNT Mİ'ler test öncesi ve sonrası SEM ile görüntülenecek ve böylece dayanaklılığı ve yapısında bozulma olup olmadığı kontrol edilecektir. Önerilen projenin başarılı bir şekilde sonuçlanması ile üretimi kolay, ölçeklenebilir ve maliyetli düşük olmasının yanı sıra acı vermeyen, kansız ve yüksek ilaç gönderim hızına sahip bir Mİ geliştirilecektir. Üretimindeki avantajlar göz önüne alındığında, KNT Mİ'lerin uygulamada kendine yer bulma potansiyelinin oldukça yüksek olduğu görülmektedir.