Hydrogels
84 theses under this subject heading
Design of biocompatible hydrogels with regions of different chemical and mechanical properties
A polymer gel is simply a soft and wet material. There are two critical points to form a polymer gel. These are: a crosslinked, elastic three dimentional (3D) polymer network architecture and a fluid, filling the interstitial spaces of network, in which the polymer network can swell without dissolving. Their elastic crosslinked network brings them a soft texture, while the entrapped fluid renders this materials wet. Although polymer gels have wet and soft look, they are capable of bearing large deformations. Therefore, polymer gels are mostly used materials with their wide-ranging and tunable properties in such areas like bone-tissue engineering, biomedical applications, etc. Within this thesis, two different kinds of gels were investigated from two different aspects. First, single network (SN), double network (DN) and triple network (TN) cryogels were investigated in the manner of biocompatibility. Then, in the second part, multi-segmented hybrid hydrogels were discussed within the framework of their synthesis, creation aspects and mechanical properties. Silk, as a biological material, covers a history more than 5000 years. This protein polymer in the form of fibers spun by silkworms has served as a bridge between cultures. Today, silk is mainly utilized in textile industry, for its unique properties such as strength, low heat conductivity, luster and moisture absorbance capacity. Another interesting applications of silk include: the interior decoration of houses, parachute clothing, bicycle tires, bed filling, etc. Moreover, most importantly, silk is used in biomedical fields such as tissue engineering and regenerative medicine with their various physical characteristics, biocompatibility and ability to support the attachment, proliferation and differentiation of many types of cells. Within the scope of this thesis, biocompatibity of Bombyx mori based silk-fibroin protein was investigated as a pre-made scaffold through the specific form of porous gels, SN-, DN- and TN- silk-fibroin cryogels. Investigations were carried out on readily-prepared scaffold samples which of their mechanical and morphological properties were already identified by our research group. Pre-identified feature-dependent changes in cell viability was tested quantitatively by MTT assay and qualitative observations were conducted through layer-by-layer images (3D images, composite images collected from different depths of scaffold) from Laser Confocal Scanning Microscopy (LCSM). For all cell-culturing purposes, Normal Human Dermal Fibroblast (NHDF) cell line was used. Among the scaffolds, there were two kinds of materials available to clarify the relationships between cell viability and pore size, surface area and wall thickness. SN cryogels synthesized by increasing fibroin concentrations represents decreasing pore size and porosity while wall thickness is increasing. The other set of cryogels, named as DN and TN through this thesis, formed by double-networking concept represent increasing fibroin concentrations by the penetration of new networks into the SN. However, DN and TN cryogels exhibit no increase in wall thickness with the help of formed pores inside the bigger pores of single network pores, called as second generation pores. Moreover, decreasing in pore size occasioned by second generation pores and increasing fibroin concentration cases were run with increasing surface area. Besides all, both of two cryogel types have an advantage for biomedical applications as they have interconnected pores. MTT assay results represented that cryogels with the porosity (%) ratios between 90 and 75% reveal better cell viability (%) ratios which are in correlation with literature. Additionally, it was revealed that the cell viability results are independent from silk-fibroin concetrations (CSF) of cryogels. Pore size ranges of scaffolds in dermal fibroblast culturing were reported between 5-15μm. Within the range of scaffolds, SN-4 codded cryogel has the bigger pore sizes as 33μm which decrease to 3.4μm for DN-4/29. For both case, MTT say results show good level of cell viability (far more higher than 50 % for 3rd, 7th and 10th days which are the evidence for the absence of acute toxicity). LCSM images received from the SN-4 (33 μm) and TN4/7/20 (4.3μm) cryogels supported the viability results. This good viability results of TN-4/7/20 is attributed to the extraordinary pore architecture generated by second generation pores. As a summary of these results, it was revealed that the DN and TN cryogels can increase the cell viability and be protected from any loss on mechanical properties as well. For this reason, these "second generation pores" make DN and TN cryogels a good candidate for load-bearing pre-made scaffolding approaches. Within the second part of this thesis, multi-segmented hybrid hydrogels with two or three individual segments, which of each have chemically and physcially different properties were investigated from the stand point of designing and mechanical characterization. As a general meaning, "hybrid" term corresponds to a thing which combines two different elements to obtain a new, mixed character. Within hydrogel studies, hybrid is a common use to describe the material via their structural components' character in a chemical or physical manner. Within a chemical manner, a hybrid hydrogel may be a combination of a synthetic and a natural, organic and inorganic sources. On the other hand, in terms of physical manner, a hybrid hydrogel may be a combination of different components having different physical properties together, such as isotropy and anisotropy, amorphus and semicrystalline structure, rigidity and flexibility, etc. to create a new material with a new desired character. Biological tissues are mainly anisotropic, non-homogenous and multi-phasic natural constructs in an intermeshed architecture of hard and soft components with an extremely tough interface. Such important examples are bone, cartilage, ligament, tendon and intervertebral disc (IVD). Hydrogels are important materials with their similarity to biological tissues as they are matrices with ability to entrap the water or aqueous solutions. However, even their common brittle character was overcome by many techniques improved for decades, these high strength hydrogels reported so far were mostly isotropic. Here, for the first time, preparation step of monomer mixtures for the one-step synthesis of hybrid hydrogels was achieved by stratification method to form an anisotropic multi-segmented hybrid hydrogel. By taking advantage of stratification, it was exhibited that, this method is available for a wide range of monomers. Therefore, with several combination possibilities of different segments (with required physical and chemical properties), a multi-segmented hybrid gel formation serves as a puzzle-like method to use in various desired applications. Additionally, based on the biocompatibity of the polymers utilized in this study, hybrid hydrogels are potentially biocompatible. Within this study, two- and three- segmented hybrid hydrogels were synthesized by using UV-initiated bulk copolymerization technique as polymerized density-stratified monomer solutions of hydrophobic (at least one or more) and hydrophilic monomer mixtures. Hydrophilic monemers were N-dimethyl acrylamide (DMA) or acrylic acid (AAc); hydrophobic monomers were octadecyl acrylate (C18A), stearyl methacrylate (C17.3M) or lauryl methacrylate (C12M). Hydrophobic monomers carrying alkyl side chains of different lengths lead to the formation of supramolecular, semi-crystalline hybrid hydrogels. Through this concept, it was possible to adjust the mechanical and thermal properties of segments and interfaces by varying the combinations of monomers. By this means, anisotropic biological tissue inspired hybrid hydrogels were demonstrated, as intermeshed hard and soft components through a strong interface(s), which never rupture at interface region(s). According to the investigations, two-segmented hybrids exhibit a high modulus (0.46−74 MPa) and tensile strength (0.19−3.9 MPa) and sustain 24−30 MPa stresses at 78−83% compressions which are comparable to the natural IVD. Moreover, it was seen that it is possible to expose these gels to cyclic deformation without any irreversible deformation by the help of their semi-crystalline or supramolecular structure. In case of three-segmented hybrids, obtained results show also a high modulus (89-118 MPa) and tensile strength (3.6−4.6 MPa) with tensile strain of 50−75%. Multi-segmented hybrids have the ability to self-heal upon heating above melting temperatures (Tm) once one or both of their gel components are damaged. It was also tested by separate examinations that the interface regions, also, have self-healing ability. Besides the self-healing ability, they exhibit a pseudo triple- or multiple- shape memory effect as well, arising from the different Tm belonging to the gel components of hybrids. For instance, two-segmented hybrid H2-2 (two-segmented hybrid) have only one semi-crystalline segment because the other segment shows an amorphous character. Thus, the H2-2 exhibit only dual shape memory. However, H2-1 (two-segmented hybrid) possesses two semi-crystalline segments which reflect to the whole body of two-segmented hybrid as a pseudo-triple- shape memory effect. Moreover, in case of three- segmented hybrids, H3-1 hydrogel comprises of three semi-crystalline segments which of their two have close Tm values than that of the remaining segment. Thus, two different Tm are obtained resulted in a pseudo-triple- shape memory. Another hybrid example, three-segmented H3-2 hydrogel, was observed as it has three semi-crystalline segments, hence three Tm which of these are in far different temperatures. Stemming from these three different Tm, H3-2 is able to exhibit pseudo-multiple- shape memory effect. The synthetic strategy presented here thus enables combination of multiple gel components in a single, intermeshed material, leading to the preparation of multiple-shape memory hydrogels with multi-responsivity. Moreover, it is also possible to decide the place of stretchable and rigid parts in a multi component hybrid structure, according to the requisite, by using the monomers in different densities and chemical properties.
Katkısız ve ZnO nanoparçacık katkılı NIPAM nanojellerininsentezlenmesi ve karakterizasyonu
Polimer tabanlı malzemelerin üzerine 20.yüzyılda odaklanılmaya ba¸slaması ile hayatın her alanına girmeleri çok hızlı bir biçimde olmuştur. Doğadaki polimerlerin çeşitliliği sayesinde gözlemler ile kullanılabilecekleri alanlar tespit edilmiş ve sanayi kullanımından, günlük ev içi kullanım alanlarına kadar geniş bir spektrumda polimerler vazgeçilmez bir yer edinmiştir. Polimerlerin fonksiyonelleştirilebilir olması ve katkılandırılarak farklı özellikler kazandırılabilmeleri sebebiyle, ilerleryen teknolojide aktif rol almalarını sağlamaktadır. Bu yüzden eczacılık, biyomedikal, moleküler biyoloji, biyofizik gibi alanlarda önem kazanmı¸slardır, sentetik ve doğal polimerler üzerindeki disiplinler arası araştırmalar hızlanarak artmaktadır. Özellikle jel yapılı malzmeler canlı yapılarında da sıklıkla karşılaşılan özellikleri sergileyebildikleri için popüler hale gelmiştir. Üzerinde durulan önemli bir polimer yapısı da çapraz bağlardan oluşan nanojellerdir. Üzerlerinde durulmasının en önemli sebeplerinden bazıları kolay sentezlenebilir olmaları, dış etkenler ile kontrol edilebilmeleri ve insan vücudu ile uyumlu biçimde çalışabilmeleridir. Bulundukları ortama göre şişip büzülme özelliği de bulunan nanojeller, bu özelliklerinden ötürü ilaç taşıyıcı olarak ve molekül algılayıcı olarak kullanılabilmektedirler. Nanojellere çeşitli katkılar yapılarak farklı özellikler kazandırılabilmektedir. Nanojel içine yerleştirilen nanoparçacıklar ilaç taşıyıcı özellikleri ile ek bir katkı sağlayabilmektedirler. Nanoparçacıklara tutunan proteinlerin yapısal bütünlüklerini koruması sayesinde iki yapının eş zamanlı kullanılması ile daha verimli bir şekilde çalışan ilaç taşıyıcı sistemler yapılabilir. Bu çalışmada N-isopropylacrylamide (NIPAM) ile hazırlanan nanojellerin sentezlenmesi ve polimerleşme sırasında ve sonrasındaki karakterizasyonu üzerinde durulmuştur. Polimerleşme ve jel oluşumu sırasındaki yapısal değişikliğin takibi amacıyla nanojellerin sentezlenmesi sırasında yapıya floresans bir molekül olan piranin katılmıştır. Katkılanan bu molekül sayesinde jelleşme boyunca oluşan değişiklikler spektroskopik olarak izlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile jelleşme sırasındaki sol-jel faz geçişindeki kritik nokta ve fraktal yapılar hakkında bilgi elde edilmiştir. Ayrıca tezin ikinci kısımında ZnO nanoparçacıkların nanojellerle eş zamanlı olarak sentezlenmesi ve karakterizasyonu üzerine çalışmalar yapılmıştır. ZnO nanoparçacıkların ve nanojellerin ilaç taşıyıcı etkisi bilinmektedir. Bu yüzden nanojel ile kaplanmış bir yapı üretilmesi üzerinde durulmuştur. Sentezlenen yapılardaki ZnO oluşumu spektroskopik yöntemler ile gözlemlenmiştir.
Tarımsal uygulamalarda kullanılması amacıyla komposit hidrojel malzemelerin hazırlanması
Sunulan tezde, dimetil akrilamit (DMAAm), maleik asit (MA) ve Nişastadan oluşan bir seri komposit hidrojel sentezlenmiştir. Metilenbisakrilamit çapraz bağlayıcı olarak kullanılmış ve bu komposit hidrojellerin tarımsal amaçlı kullanılabilirliği araştırılmıştır. Sentez redoks polimerizasyon tekniği ile gerçekleştirilmiş ve sentezlenen komposit hidrojellerin yüzeyi asit ve baz ile modifiye edilmiştir. Kullanım amacına uygun olarak; saf su, kuyu suyu, musluk suyu, baraj suyu ve farklı pH değerlerinde şişme, Fourier Transform Infrared Spektrofotometre ve Termogravimetrik analiz cihazları kullanılarak yapısal karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Komposit hidrojel yapısına MA ve Nişastanın eklenmesi ile hidrojellerin denge şişme değerlerinin arttığı gözlenmiş ve en yüksek denge şişme değeri p(DMAAm-ko-MA-ko-Nişasta)/NaOH komposit hidrojeli için ölçülmüştür. Ayrıca sentezlenen komposit hidrojeller bitkiler için besin kaynağı olan üre ve sülfat iyonu absorpsiyonunda absorbent olarak kullanılmıştır. Absorpsiyon çalışmaları farklı üre ve sülfat iyonu konsantrasyonlarında, farklı pH değerlerinde ve farklı sıcaklık ortamlarında (oC) gerçekleştirilmiş ve komposit hidrojellerin absorpsiyon performansları araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre sentezlenen komposit hidrojellerin üre ve sülfat iyonu absorpsiyonu için iyi bir absorbent olacağı düşünülmüştür. Absorpsiyon çalışmaları tamamlandıktan sonra farklı pH değerlerinde, kuyu ve musluk suyu ortamlarında komposit hidrojellerin salım davranışları ve salım kinetikleri incelenmiştir. Farklı pH ve farklı su ortamlarında yapılan analizlerin sonuçları, tüm komposit hidrojellerin kümülatif iyon (üre ve sülfat iyonu için) salım miktarlarının % 10 ile % 100 arasında değiştiğini ve yavaş salımın gerçekleştiğini göstermiştir. Salım davranışları Sıfırıncı Derece Kinetik Model, Birinci Derece Kinetik Model, Higuchi Modeli, Korsemeyer-Peppas Modeli ile incelenmiştir. Salım kinetiğinin Korsemeyer-Peppas Modeline uyduğu sonucuna ulaşılmıştır. Çalışmanın son aşamasında ise üre ve sülfat iyonu yüklü komposit hidrojellerin tarımsal alanlarda kullanımının araştırılması amaçlanmıştır. Şişme, absorpsiyon ve salım deneyleri esas alınarak p(DMAAm-ko-MA-ko-Nişasta), p(DMAAm-ko-MA-ko-Nişasta)/HCl ve p(DMAAm-ko-MA-ko-Nişasta)/NaOH esaslı üç tür üre yüklü komposit hidrojelin kullanılmasına ve marul bitkisinin gelişimi üzerindeki etkilerinin incelenmesine karar verilmiştir. Deneme süresince bitki boyu, gövde çapı, yaprak sayısı, klorofil ve renk değerleri takip edilerek marul bitkisinin gelişimi üzerinde komposit hidrojellerin etkileri kontrol edilmiştir. Ayrıca denemenin son iki ayı bitkiye kuraklık stresi uygulanmış ve bitkinin verdiği tepkiler izlenmiştir. Deneme sonunda elde edilen veriler ve fotoğraflar sentezlenen komposit hidrojellerin toprak ve bitki yapısı için toksik olmadıklarını, toprak ve bitkilerin ihtiyacı olan nem ve gübreyi rahatlıkla yapılarında tutabildiklerini ve aynı zamanda kontrollü ve uzun sürede salabildiklerini göstermiştir.
Yara örtüsü uygulamaları için sentezlenen kitosen/jelatin hidrojelin biyouyumluluk ve biyobozunurluk davranışının istatistiksel olarak değerlendirilmesi
Bu çalışmada, geleneksel yara örtülerine alternatif olabilecek hidrojel hazırlamak için biyouyumlu, biyobozunur ve yeni doku oluşumunu hızlandırma özelliklerinden dolayı kitosan ve jelatin kullanılmıştır. Kitosan, jelatin ve çapraz bağlayıcı miktarının hidrojellerin biyouyumluluğu ve biyobozunurluğu üzerine etkisi istatististiksel olarak değerlendirilmiştir. İstatistiksel çalışma sonucunda belirlenen optimum miktarlara göre hazırlanan hidrojellerde kitosanın molekül ağırlığının biyouyumluluk ve biyobozunurluğa etkisi incelenmiştir. İstatistiksel deneyler Box- Behnken deney tasarım yöntemine göre tasarlanmıştır. Hidrojellerin biyouyumluluğu; şişme oranı, gaz geçirgenliği ve gözeneklilik testleri ile, biyobozunurluğu ise in vitro bozunma ve in vitro enzimatik bozunma analizleri ile izlenmiştir. Analizlerde, insan vücudu kan plazması içeriğine en yakın çözelti olan sentetik vücut sıvısı kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar Design Expert 13 paket programı ile istatistiksel olarak değerlendirilmiş ve her cevap değişkeni için matematiksel model oluşturularak parametrelerin optimum değerleri belirlenmiştir. Bu çalışmada, parametrelerin aynı anda değişmesinin biyomalzemenin özelliklerine olan etkisinin istatistiksel olarak değerlendirilmesi ile çıkan sonuçların biyomedikal uygulamalara katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Fototerapinin yağ dokusundan türetilmiş mezenkimal kök hücrelerin osteojenik indüksiyonuna etkilerinin metakrilatlanmış jelatin hidrojel ile rekonstrükte edilmiş kritik boyutlu kraniyal kemik defekti modelinde değerlendirilmesi
Bu çalışmada amaçlanan, polikromatik yolla uygulanan fotobiyomodülasyon (FBM) yaklaşımının kemik doku üzerinde rejeneratif etkisinin ve yağ dokusundan elde edilen mezenkimal kök hücrelerin farklılaşması üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesidir. Çalışmada 36 adet male Sprague-Dawley sıçan kullanılmış ve hayvanlar 3 eşit deney grubuna randomize olarak ayrılmıştır. Tüm hayvanlarda biparietal, 6 mm. çapında, yuvarlak ve tam kalınlıkta kemik defektleri meydana getirildi. Birinci deney grubu kontrol grubu iken, ikinci grubu sadece metakrilatlanmış jelatin yapıda hidrojel doku iskelesi (JEL-MA, üçüncü grubu ise adipoz kökenli mezenkimal kök hücre (AkMKH) yüklenmiş metakrilatlanmış jelatin yapıda hidrojel doku iskelesi (AkMKH+JEL-MA) içermekteydi. Tüm gruplar kendi içinde iki alt gruba ayrılarak yarısına FBM uygulanırken, diğer yarısına uygulanmadı. Kemikleşmenin değerlendirilebilmesi amacıyla cerrahi işlem sonrası 20. haftada hayvanlar sakrifiye edilerek kalvariyal kemikler bütün olarak çıkarıldı. Elde edilen örnekler makroskopik, histolojik ve mikrotomografik olarak değerlendirildi. Histolojik olarak yeni kemik oluşumu açısından en yüksek değerler JEL-MA ve JEL-MA+AkMKH gruplarında saptanmıştır ve kontrol grubuyla karşılaştırıldığında anlamlı farklılık saptanmıştır (p<0.001). Mikrotomografik değerlendirme sonucunda en yüksek kemikleşme yüzdesi JEL-MA+AkMKH'lerin uygulandığı grupta elde edilmiştir. FBM- örneklerde ortalama olarak yüzde 60.62±6.34 kemikleşme gözlenmişken, FBM+ olan örneklerde ortalama kemikleşme yüzdesi 79.93±3.41 olarak tespit edilmiştir. Fotobiyomodülasyon alma durumuna göre JEL-MA+AkMKH grubuna ait sonuçlar karşılaştırıldığında anlamlı olarak fotobiyomodülasyon uygulama durumunun fark yarattığı gözlemlenmektedir (p=0.002). Sonuç olarak, polikromatik ışık kaynakları yoluyla fotobiyomodülasyon uygulamasının kemik iyileşmesine olumlu etkileri olduğu ve yağ dokusundan türetilmiş kök hücrelerin osteojenik farklılaşmasında uyarıcı etkisi olabileceği yönünde fikir vermiştir. Anahtar Kelimeler: fotobiyomodülasyon, metakrilatlanmış jelatin hidrojel, mezenkimal kök hücre, kemik doku mühendisliği, kritik boyutlu kemik defekti
Periorbital hiperpigmentasyon tedavisinde kullanılmak üzere formülasyonların geliştirilmesi ve in vitro karakterizasyon çalışmaları
Periorbital hiperpigmentasyon oluşumuna,yapısal ve genetik faktörler,yaşlanma ile derinin incelmesi ve elastikiyetinin azalması, deri altı damarlanmanın artmasının yanında egzema ve alerji gibi inflamatuar hastalıklar da neden olmaktadır.Yapılan klinik çalışmalarda, K vitaminin pigmentasyonu azalttığı ve kan damarlarını onararak derinin görünümünü düzelttiği görülmüştür. K vitamini aynı zamanda güçlü bir antioksidan ve aydınlatıcı bir ajandır.Tatlı badem yağı ise antiinflamatuar özelliğe sahiptir. Nemlendirme, tahrişleri onarma ve cilt görünümünü pürüzsüzleştirme amacıyla kullanılır.Bijeller, viskoelastik yapıları, stratum korneum hidrasyonunu arttırmaları, hem hidrofilik hem lipofilik maddeleri aynı anda içerebilmeleri nedeniyle kozmetik uygulamalarda kullanımı avantajlı sistemlerdir.K vitamini ve tatlı badem yağı ile yapılan bijel formülasyonu için çeşitli hidrojel ve oleojel formülasyonları çalışılmış ve optimum özellikleri içeren formülasyonlar seçilmiştir.Çalışmada hazırlanan formülasyonlar reoloji, viskozite, pH, yapı analizi, mikrobiyolojik analiz, hücre kültürü çalışmaları ve stabilite gibi parametrelerle değerlendirilmiştir.
Polimerik misel içeren ilaç taşıyıcı sistemlerin dermal formülasyonlarının doku onarımı üzerine etkilerinin incelenmesi
Yaralar günümüzde hala tamamen geçici değildir. Diyabetik yaralar, bası yaraları, yanık yaraları günümüzde en zor iyileşen yara tipleridir. Bu nedenle bilim dünyası bu konudaki araştırmalarını devam ettirmektedir. Bu amaçla, bilindiği üzere 2. ve 3. derece yanıklarda enfeksiyon önleyici özelliği olan gümüş sülfadiazin antibakteriyel etkin maddesi ve biyopolimer olan kitosan kullanılarak doğrudan ekleme yöntemi ile polimerik miseller oluşturulmuştur. Kitosan, etkin madde yükleme kapasitesini arttırmak için depolimerize edilmiştir. Oluşturulan polimerik miseller dondurarak kurutma yöntemi ile liyofilize edilmiştir. Jel olusturmak için noniyonik, hidroksipropil metilselüloz polimeri kullanılmıştır. Oluşturulan jel formülasyonunun içerisinde liyofilize polimerik misel disperse edilmiştir. Böylelikle, polimerik misel içeren jel formülasyonu elde edilmiştir. Depolimerize edilen kitosanın karakterizasyonu için, molekül ağırlığı ve elementel analiz yapılmış, elementel analizden elde edilen bilgiler yardımıyla deasetilasyon derecesi hesaplanmıştır. Aynı zamanda hazırlanan liyofilize polimerik misellerin miktar tayini, partikül boyutu ve dağılım analizi, mikroskobik incelemesi, hazırlanan jel formülasyonlarının ise; reolojik özellikleri, in vitro ilaç salım çalışması, antibakteriyel aktivite gibi karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır.
Smart polymeric prodrugs for targeted drug delivery and functionalizable hydrogels for biosensing applications
Biosensing applications have an enormous place for diagnosis of numerous diseases. New platforms and materials have been developed to detect markers for several diseases. However, well defined materials are required for specific and sensitive detection of biological compounds. Dendrons and dendrimers with multifunctional properties possess several advantages for designing such materials. The first part of this dissertation focuses on designing well-defined hydrogel systems by introducing functionalizable dendrons into the network as 3-D platforms for biosensing applications. Two different approaches were described for the formation of functionalizable hydrogels and control over the degree of hydrogel functionalization was successfully demonstrated. The discovery of enhanced permeability and retention (EPR) effect, anti-angiogenic therapy and new targeting strategies have prompted researchers for designing prodrugs for cancer therapy. Although investigations have focused on various drawbacks and obtained promising developments in macromolecular prodrug design, better pharmacokinetic and biodistribution parameters and more effective strategies are required to achieve better therapeutic results. Stealth and inactivity of anti-cancer drugs in blood and healthy tissues is desired to decrease systemic side effects. Effective transport and release of the active agent at the target tissue is an attractive approach to improve therapeutic effect. The second part of this dissertation includes design and in vitro and in vivo evaluations of smart polymeric prodrugs for drug delivery applications. Polymer drug conjugates and polymeric micellar type prodrugs were designed to increase solubility and improve pharmacokinetic and therapeutic properties of the anti-mitotic and anti-angiogenic drugs. Targeting and controlled drug release properties were introduced by covalent attachment of a targeting ligand and using enzymatically cleavable or pH sensitive linkers. Stealth of the active agents was enhanced by branching strategy obtained by oligo ethylene glycol side chains on the polymer backbone and/or by encapsulation into the hydrophobic core of the micelles.
Hidrojellerde şişme işleminin floresans spektrometre ile incelenmesi ve bilgisayar modellemesi
İlk olarak amacımız, hidrojellerdeki şişme işlemi ilk kez Zaman Ayrımlı Floresans Teknik (FTRF) kullanarak incelemektir. Bir diğer hedefimiz, pireni hidrofobik yapısından çıkarıp hidrofilik forma döndürerek, saf suda hidrojel şişme sürecini FTRF ile gözlemlemektir. Bu teknikte piren ajan molekül (aromatik molekül) olarak kullanıldı. Bir diğer amaç, kolektif difüzyon sabiti Dc'nin, hem gravimetrik hem de floresans deneylerle elde edilmesidir. Son olarak bu verilere dayanarak, Dc 'nin hesabını, sadece kullandığımız 5 farklı değer için değil, aralığındaki tüm değerler için hesaplayacak bir program geliştirmektir. Ayrıca bu programın içeriğinde, hazırladığımız jelin konsantrasyonları baz alınacak şekilde çalışan bir malzeme miktarı hesaplayıcı olmasıydı. Floresans ölçümlerimizde Photon Technology International marka TM-2000 model cihazı kullandık. Şişme deneylerinde, piren molekülleri 345nm'de uyarıldı ve 395nm'de bozunum eğrileri elde edildi. Sentezlemiş olduğumuz hidrojellerde beş farklı çapraz bağlayıcı (BIS) miktarı kullanarak, şişmenin farklı BIS değerlerde nasıl gerçekleştiğini izledik ve beklentimizin olduğu yönde gerçekleşerek, BIS miktarının artmasıyla kolektif difüzyon katsayısının Dc 'nin azaldığı sonucuna ulaştık. Çapraz bağlayıcı miktarının artması ortamda oluşan çapraz bağlanmaların daha sıkı ve sık olmasına yol açtığından, çözücünün bu bağlar ortamına nüfuz edişini zorlaştırmaktadır. Ayrıca gravimetrik olarak da şişmeyi incelediğimizde gördük ki aynı şekilde artan BIS miktarlarda Dc değerleri azalma gösteriyor. Son olarak da bu incelemenin yanı sıra deneyler sonunda elde ettiğimiz sayısal bulgular ışığında, kullanıcıdan alınan BIS ve çözücü miktarını (PBS) kullanarak Dc 'yi hesaplayan bir program geliştirdik. Dc hesabına ek olarak kendi hazırlamış olduğumuz jel için kullandığımız kimyasal malzeme konstrasyonlarını baz alarak, yine kullanıcı tarafından girilen BIS ve PBS değerleri ışığında, hidrojeli sentezlemek için gerekli olan diğer üç malzeme olan başlatıcı (APS), hızlandırıcı (TEMED) ve aromatik molekül olan piren (Pyr) 'in gerekli olan miktarları program tarafından hesaplanmaktadır.
Metronidazol içeren hidrojellerin formülasyonlarının hazırlanması ve değerlendirilmesi
Vajinal ilaç uygulamalarında karşılaşılan iki temel zorluk bulunmaktadır. Birincisi, vajinanın koruyucu mekanizmaları nedeniyle fizyolojik koşulların neden olduğu sınırlı temas süresidir. İkinci zorluk, hasta uyumudur. Merhemler ve insertler gibi geleneksel vajinal dozaj formları hastalarda rahatsızlığa neden olmaktadır. Bu çalışmada Bakteriyel vajinoz tedavisinde kullanılmak üzere metronidazol içeren hidrojel formülasyonları hazırlanmış ve değerlendirilmiştir. Metronidazol içeren hidrojeller hidroksietil selüloz ve sodyum aljinat gibi doğal polimerler kullanılarak hazırlanmıştır. Bu polimerlerin aynı zamanda mukoadhezif özelliğe sahip olmasının hazırlanan hidrojellerin vajinadaki kalış süresini uzatarak tedavinin etkinliğini artıracağı düşünülmektedir. Hazırlanan hidrojel formülasyonlarında reolojik özelliklerin belirlenmesi, pH ölçümü, yayılabilirlik, etkin madde miktar tayini, çözünme hızı, mekanik özelliklerin belirlenmesi ve stabilite gibi in vitro karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak; Bakteriyel vajinoz tedavisinde metronidazol içeren hidrojel formülasyonlarının vajinal veriliş için etkin bir dozaj formu olarak değerlendirilebileceği görülmüştür. Anahtar Sözcükler: Bakteriyel Vajinoz, Hidrojel, Metronidazol, Vajinal Veriliş
İmidazol fonksiyonel grubuna sahip kriyojeller ile lizozim adsorpsiyonu
Sunulan bu tez çalışmasında, süpermakrogözenekli kriyojeller sentezlendi ve sulu çözeltiden liozim uzaklaştırılması için kullanıldı. İmidazol fonksiyonel grupları, komonomer olarak n-vinilimidazol kullanılarak kriyojellere pseudo-spesifiklik (sahte özgüllük) kazandırmak amacıyla temel bir polimerik iskelete dahil edildi. Kriyojeller, plastik bir şırınga kolonu içinde kısmen dondurulmuş monomerlerin sulu bir çözeltisinde kriyojelasyon yoluyla hazırlandı. poliakrilamit-N-vinil imidazol) [poli(Aam-VIM)] kriyojeller, suda çözünür ve afinite ligandı olarak fonksiyonel monomer olan N-vinil imidazolün, hidrofilik ve jelleştirici amacıyla Akrilamit monomeri ile çapraz bağlayıcı olarak N-N Metilenbisakrilamit varlığında polimerizasyonu yoluyla hazırlandı. Sentezlenen kriyojellerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini değerlendirmek için yapılan karakterizasyon çalışmaları kapsamında şişme testi, Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), elementel analiz, Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve Termo Gravimetrik Analiz (TGA-DTA) yöntemiyle yapıldı. poli(AAm-VIM) kriyojelleriyle sulu çözeltiden lizozim adsorpsiyonu çalışmaları pH 9.0 tamponunda gerçekleştirildi. Adsorpsiyon sürecindeki optimum koşulların belirlenebilmesi için başlanıç derişimi taraması, iyonik şiddet etkisi, sıcaklık etkisi, kolonun akış hızı gibi parametreler ışığında lizozim adsorpsiyonu için en uygun koşular belirlenmiş oldu. Adsorpsiyon parametrelerinin matematiksel olarak değerlendirilebilmesinde izoterm modeli olaral Langmuir ve Freundlich izoterm modelleri çalışıldı. Elde edilen regresyon katsayısı sonuçarına göre, lizozim adsorpsiyonun Langmuir izoterm modeliyle daha uyumlu olduğu saptandı. SDS-PAGE analizi neticesinde, pol(AAm-VIM) kriyojel kolonunun sulu çözeltiden lizozim ayrımı için saflık kontrolü gerçekleştirildi. Adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü içeriğinde gerçekleştirilen tekrar kullanılabilirlik deneyleri ile poli(AAm-VIM) kriyojel afinite kolonların inertliği ve rejenerasyon kabiliyeti ölçümlendi
Targeted and controlled delivery of therapeutic agents using polymeric materials: Hydrogels, nanofibers, nanogels and micelles
Stimuli-responsive polymeric materials have emerged as attractive platforms for controlled drug delivery applications. In this thesis, photothermally active and pH-responsive nanofibers were fabricated for the triggered release of antibiotics and chemotherapeutic drugs, respectively. Alternatively, Redox-responsive hydrogels were designed for therapeutic protein delivery. Additionally, nanogels and micelles were synthesized for controlled and targeted delivery of chemotherapeutic agents. In the first part, reduced graphene-oxide-embedded poly(acrylic acid) nanofibers were prepared for the on-demand release of antibiotics for local infections. Ampicillin and cefepime were loaded to nanofibers, and E. coli K12 and S. epidermis bacterial strains were eradicated with photothermally released antibiotics. In the second part, pH-responsive nanofiber buttresses were fabricated using an acrylate-based copolymer containing acid-sensitive hydrolyzable hydrophobic side chains. Doxorubicin and docetaxel were loaded into the nanofiber buttresses, and selective drug release was observed in an acidic environment. In the third part, fast-forming dissolvable hydrogels were synthesized by crosslinking maleimide-terminated disulfide-containing PEG-based polymer. Various macromolecules were loaded into the hydrogels, and slow and on-demand release under a reductive environment was accomplished. In the fourth part, redox-responsive nanogels were fabricated using self-assembly and subsequent crosslinking of copolymers containing disulfide-linked maleimide side chains. Nanogels were loaded with docetaxel, and their surface was modified with a peptide-based targeting ligand. Enhanced cytotoxicity and internalization of targeted drug-loaded nanogels were observed. In the last part of the thesis, drug-loaded and targeted pH-responsive micellar structures were fabricated using a diblock copolymer composed of 5-fluorouracil and PEG-methacrylate-based blocks. Targeted dual-drug-containing micelles exhibited enhanced toxicity and cell internalization toward oral squamous carcinoma cells.
Terapötik uygulamalar için uyarici-duyarli polimerik biyomateryaller
This thesis explores the development of novel polymeric materials to address challenges in disease diagnosis and drug delivery. This thesis's first and second studies are related to developing novel polymer-based drug delivery systems. The first study synthesized different polymer-drug conjugates to find the best candidate for in vitro performance towards pancreas adenocarcinoma. Drugs were conjugated to the polymer backbone via pH and/or redox-responsive linkers, and drug release profiles and cytotoxic activities against different cancer cells were evaluated for each copolymer. In the second study, biodegradable nanogels for targeted drug delivery were fabricated using self-assembly, and the drug was physically loaded into nanogels to achieve efficient drug delivery vehicles. In the third part, biodegradable and injectable hydrogels were fabricated using a metal-free click reaction. Azide and gemcitabine-containing copolymers containing carbamate and disulfide linkers between the drug and polymer backbone were synthesized and crosslinked using cyclooctyne-terminated telechelic poly(ethylene glycol) polymer. Hydrogels were evaluated for drug release and cytotoxic activity. The other projects reported in this thesis focus on the fabrication of novel polymeric coatings for biomedical applications such as biomolecular immobilization, cellular attachment, and release. In the fourth study, hydrophilic polymer brushes were prepared and functionalized using a radical-exchange cross-coupling reaction to develop sensing and protein immobilization platforms. In the fifth project, thiol-reactive redox-responsive polymer brushes containing pyridyl disulfide units were fabricated, and functionalization with thiol-containing dyes, drugs, and biomolecules was shown. In the sixth study, thiol-reactive benzothiazole-disulfide-containing polymeric thin films were prepared and investigated for cellular attachment and cell release studies. In the final study, adamantane-containing polymeric thin films were fabricated, which could undergo supramolecular interaction with functional ligands bearing beta-cyclodextrin, and modified surfaces were used for protein and cell attachment.
Hidrokolloid ve zeolit içeren propenamid temelli yeni biyokompozit hidrojellerin karakterizasyonu ve polimerik adsorpsiyon potansitelleri
Amaç: Bu çalışmada, Hidrokolloid olarak bilinen ve doğal bir polisakkarit olan "Akasya gamı" (Acacia gum, Gum arabic) (AG)", kristal yapıya sahip bir alüminyum silikat olarak bilinen "zeolit (ZEO)" ve "sodyum stirensülfonat (SSS)" gibi hidrofilik bir yardımcı monomerin; çapraz bağlı polimer üretiminde yaygın kullanılan nötral bir monomer olan propenamid (PrAm, akrilamid), ile birlikte oluşturacakları yeni bir biyokompozit polimerik adsorbanın üretimi, karakterizasyonu ve polimerik adsorpsiyon potansiyellerinin araştırılması amaçlanmıştır. Materyal ve Yöntem: AG, ZEO, SSS ve PrAm içeren yeni biyohibrit hidrojeller, sulu çözelti ortamında serbest radikalik katılma polimerleşmesi ile elde edilmiştir. Tepkimeyi başlatmak amacıyla amonyum persülfat (APS) ve tepkimenin hızla ilerlemesini sağlamak amacıyla N,N,N',N'-tetrametiletilendiamin kullanılmıştır. Çapraz bağlayıcı olarak, poli (etilen glikol)diakrilat seçilmiştir. Sentez aşamasında, ortama ZEO ve AG'ın birlikte eklenmesiyle yeni biyokompozit hidrojel polimerler elde edilmiştir. Yapısal karakterizasyon için FT-IR spektroskopisi ve taramalı elektron mikroskopisi (SEM) tekniği uygulanmıştır. Polimerik sistemlere şişme testleri uygulanarak, şişme ve su difüzyonu ile ilgili çok sayıda parametre bulunmuştur. Çalışmanın son aşamasında, toluidin blue, gibi katyonik karakterde boyarmadde kullanılarak sulu ortamlardan boyarmadde soğurum çalışmaları değerlendirilmiştir. Bulgular: Çalışma sonunda yüksek oranda su tutabilen hidrojeller elde edilmiştir. Bu örneklerin yüksek oranda su tutabildiği ve toluidin blue gibi katyonik bir boyarmaddeyi yüksek sayısal değerlerde soğurabildiği izlenmiştir. Sonuç: Bu çalışmada elde edilen polimerik sistemlerin, çevrede bulunan boyarmadde gibi kirleticileri etkin olarak adsorplama kapasitelerinin yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Anahtar kelimeler: Propenamid, Zeolit, Akasya Gamı, Hidrojel, Toluidin Blue, Renk Giderimi, Soğurum, Geçirim, Sodyum Stirensülfonat.
Şişme/büzülme davranışına sahip süper soğurucu polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve adsorpsiyon potansiyellerinin araştırılması
Amaç: Bu çalışmada, yardımcı monomer olarak potasyum 3-sülfopropil metakrilat kullanılarak, akrilamid esaslı hidrojelller ile poli (etilen glikol) içerikli yarı-IPN hidrojeller sentezi amaçlanmıştır. Kimyasal çapraz bağlayıcı olarak etilen glikol dimetakrilat kullanılmıştır. Hidrojellerin ve yarı-IPN'lerin karakterizasyonları gerçekleştirilerek, şişme-büzülme davranışlarının ve adsorpsiyon özelliklerinin araştırılması amaçlanmıştır. Materyal ve Yöntem: Hidrojeller ve yarı-IPN'ler iyi bilinen ve çok sık kullanılan bir yöntem olan çözelti ortamında serbest radikalik polimerizasyon tepkimesi ile kimyasal çapraz bağlayıcı varlığında sentezlenmiştir. Fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR/ATR) yöntemi kullanılarak kimyasal çapraz bağlı hidrojellerin yapısal karakterizasyonu aydınlatılmıştır. Hidrojel ve yarı-IPN hidrojellerin ağ yapısı hakkında bilgi sahibi olabilmek için taramalı elektron mikroskopi (SEM) görüntüleri alınmıştır. Sentezlenen çapraz bağlı hidrojel ve yarı-IPN hidrojellerin şişme özelliklerini inceleyebilmek için 25oC'da dinamik şişme testleri uygulanmıştır. Çapraz bağlı yapıların büzülme davranışlarını araştırabilmek için önce 25oC'de şişmeleri sağlanmış; sonrasında 25oC'de sabit sıcaklıkta kurumaları sağlanmıştır. Bulgular: Elde edilen veriler değerlendirildiğinde sentezlenen akrilamid/potasyum 3-sülfopropil metakrilat hidrojellerinin ve akrilamid/potasyum 3-sülfopropil metakrilat/poli (etilen glikol) yarı-IPN'lerinin, şişme-büzülme davranışı gösterebilen süper soğurucu polimerler oldukları tespit edilmiştir. Buna ek olarak, süper soğurucu polimerler Union Green B gibi katyonik özellikteki boyarmaddeyi yüksek yüzdede adsorplayarak sulu çözeltiden başarıyla uzaklaştırmıştır. Sonuç: Sentezlenen çapraz bağlı polimerlerin suda yüksek şişme kapasitesine sahip oldukları, tekrarlanan şişme-büzülme davranışı gösterdikleri ve Union Green B boyarmaddesi için iyi bir adsorban oldukları söylenebilir. Anahtar Sözcükler: Adsorpsiyon, Büzülme, Hidrojel, Şişme, Yarı-IPN
Alfa tokoferol yüklü karboksimetilselüloz kitosan kopolimerlerinin yara örtü materyali olarak in vitro değerlendirilmesi
Bu çalışmada yara yüzeyinde hava sirkülasyonunu ve yaranın nemli kalmasını sağlayan, yara üzerinde bakteri kontaminasyonuna izin vermeden yaranın sağlıklı iyileşebilmesine olanak sağlayan bir yara örtü materyali sentezinin gerçekleştirmesi amaçlanmıştır. Ayrıca yara bölgesinde hücresel yenilenmenin ve doku onarımını gerçekleştirilmesini sağlayacak etkenler ile bu yara örtü materyali aktifleştirilmiştir. Hazırlanan biyomalzemenin; hücrelere toksik olmaması, biyo-bozunur özellikte olması, membrana yüklenen tokoferol ile doku onarımına ve hücresel yenilenmeye destek olması önemli özellikleridir. Bunun yanı sıra ekonomik bir üretim prosesine sahip ve sağlık açısından güvenilir olması, söz konusu hidrojellerin modern yara örtüsü alternatifleri içerisinden tercih edilebilmesini sağlayabilecektir. Bu amaçla; kitosan ve karboksimetilselüloz (CMC) polimerlerinden, çapraz bağlayıcı olarak N,N'-metilen-(bis)akrilamid (MBA) ve başlatıcı-katalizör olarak amonyumpersülfat (APS) kullanımıyla gerçekleşen kimyasal reaksiyon sonucunda bir kopolimer sentezlenmiştir. Sentezlenen hidrojelin karakteristik özellikleri; Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (Fourier Transform Infrared Spektroskopi FT-IR), yüzey alanı ölçüm analizi (Brunauer, Emmet ve Teller BET), taramalı elektron mikroskobu (Scanning Electron Microscope SEM) analizleri ile belirlenmiştir. Vitamin E (Alfa tokoferol)'nin sentezlenen bu hidrojele yüklenmesi sağlanarak aktif bir yara örtüsü materyali oluşturulmuştur. Sentezlenen biyomalzemenin, in vitro şartlarda fibroblast hücreleri ile muamelesi sonucu, hücrelerin kendisine tutunmasını sağlanmış ve hücre sayısında artış meydana gelmiştir. Hücrelerin canlılık analizi 3-[4, 5-dimetiltiazol-2-il]-difeniltetrazolyum bromür (MTT) yöntemi ile belirlenmiştir. Dolayısıyla sentezlenen bu yara örtü materyalinin, yara koşullarına uygulandığı takdirde de yara bölgesindeki iyileşmede önemli rol oynayan fibroblast hücrelerinin proliferasyonunu sağlayacağı ve yaranın ilaç içermeyen yara örtülerinde kıyasla daha hızlı bir şekilde iyileşmesinin gerçekleşeceği saptanmıştır.
Biyouyumlu aljinat kappa kerajin hidrojel ile protein ve herbisitin kontrollü salınımı
Protein adsorpsiyonu birçok doğal proseste önemli bir rol oynar ve bu nedenle farmasötik bilimlerde, biyoteknolojide ve doku mühendisliğinde uygulama alanı bulur. İlaç sanayinde, gıda endüstrisinde ve tarım alanında etken maddelerin daha etkin, verimli ve yararlı kullanımı için kontrollü salınım sistemleri geliştirilmektedir. Biyouyumlu aljinat-kappa kerajin hidrojel ile protein adsorpsiyonu ve ayrıca protein ve herbisit moleküllerinin hidrojel matrise enkapsülasyonu ve sonrasında kontrollü salınımı araştırılmıştır. Kalsiyum klorür çözeltisi içinde fiziksel çapraz bağlanma yöntemiyle sentezlenen aljinat-kappa kerajin hidrojel kürelerin yapısı FT-IR ve SEM analizi ile incelenmiştir. Sığır proteininin (Bovine Serum Albumin, BSA) hidrojeller üzerine adsorpsiyonu farklı süre, farklı sıcaklık (25;32,5;40ᵒC) ve pH (2,8;4,8;6,8) değerlerinde çalışılmıştır. BSA adsorpsiyon kapasitesi en yüksek 240mg/g ile 40°C'de, pH 4,8'de elde edilmiştir. Adsorpsiyon kinetik verilerinin, yalancı birinci derece, yalancı ikinci derece ve parçacık içi difüzyon modellerine uygunluğu incelenmiş ve en uygun modelin parçacık içi difüzyon modeli olduğu belirlenmiştir. BSA molekülleri, farklı pH (4,2; 4,8 ve 7,5) ve tuz çözeltisi (CaCl2/KCl; 2/0; 2/2; 4/4) konsantrasyonlarında aljinat- kappa kerajin hidrojel kürelere enkapsüle edilmiş ve 37ᵒC'de sentetik mide ve sentetik bağırsak sıvısında kontrollü salınımı incelenmiştir. En yüksek enkapsülasyon verimi (%88,69) en düşük pH ve en yüksek tuz konsantrasyonunda hazırlanan hidrojelde elde edilmiştir. BSA'nın sentetik mide sıvısında salınımı ihmal edilebilecek seviyededir. Sentetik bağırsak sıvısında maksimum salınımı (13,3mg/g) pH 4,2'de enkapsüle edilen numunelerde elde edilmiş, en düşük salınım ise (2,9mg/g) pH 7,5'de ekapsüle edilmiş numunede elde edilmiştir. BSA salınım kinetik verilerinin Ritger-Peppas modeline uygunluğu incelenmiş ve salınım mekanizmasının Fick yasasına uymayan davranış gösterdiği görülmüştür. Buna göre hidrojel kürelerden BSA salınımı hem BSA proteininin hidrojel matristen difüzyonu ile hem de çapraz bağın gevşemesi ile gerçekleşmiştir. 2,4-Diklorofenoksi asetik asit (2,4-D) ve isoproturon herbisitleri hidrojel kürelere enkapsüle edilmiştir. Herbisitlerin enkapsülasyon verimlerini artırmak ve salınımlarını yavaşlatmak için ferihidrit, Ca-bentonit, aktif karbon ve perlit içeren herbisit yüklü hidrojel-kompozit küreler üretilmiştir. Hidrojel kürelere eklenen adsorbanlar enkapsülasyon verimini arttırmada etkili olmuştur.
Taşıyıcı sistemin özelliklerinin ilaç salımına etkisinin incelenmesi
İlaç salım sistemleri, farmasötikte hedeflendirilmiş ilaç taşınımı sebebiyle oldukça dikkat çekmektedir. Hidrojeller, gözenek yapıları sayesinde ilaç taşınımına uygun adaylardır. Ayrıca, çevre şartlarına uyum göstererek jel yapısını değiştirdiği için hidrojeller kontrollü ilaç salımında kullanılmaktadır. Hidrojeller, çözünmeden şişebildiğinden, kontrollü olarak salım yapabilmektedir. Hidrojellerin önemli fizikokimyasal ve biyolojik özellikleri, büyük çeşitlilikleri ile birlikte bu polimerik malzemelerin terapötik ajanların salım sistemlerinde kullanımında aday olması sağlamıştır. Yüksek su içeriği, biyouyumluluğu ve esnekliği, hidrojellerin bölgesel, transdermal, ilaç salımında ve tıpta kullanımını sağlamıştır. Elastikiyeti, mekanik dayanımı, yüksek su absorbe yeteneği sayesinde ilaç ve protein taşınımı için farklı alanlarda uygulanabilmektedir. İyonik jelasyon, sodyum aljinat tabanlı hidrojellerin üretiminde oldukça kullanılmaktadır. Fotopolimerleşen malzemelerin hazırlanmasında ise fotopolimerizasyon tekniği kullanılmaktadır. Alzhemier hastalığı düşünsel ve sosyal fonksiyonların bozulmasına, hafıza kaybına, kişilik değişikliklerine ve kendi bakımını yerine getirilmemesine yol açan geri dönüşümsüz, ilerleyen bir beyin rahatsızlığıdır. Bu hastalık gelişmiş ülkelerde ölüm nedenleri arasında dördüncü sıradadır. Bu çalışmada, sodyum aljinat hidrojellere iyonik jelasyon yöntemiyle α-selüloz, klinoptilolit, modifiye klinoptilolit, jelatin ve 4 akriloil morfolin katılmıştır. PEG-DA ve HEMA tabanlı hidrojeller, fotobaşlatıcılar (Irg 184, Irg 651, Irg 2959) ve çapraz bağlayıcı (etilen glikol dimetakrilat) varlığında hazırlanmıştır. Fotopolimerizasyon yöntemi ile PEG-DA ve HEMA hidrojellere Donepezil HCl (Alzhemier hastalığının tedavisinde kullanılan ilaç etken maddesi) , rutil TiO2 veya HAp varlığında katılmıştır. FT-IR, dijital mikroskop, 13C NMR ve reometre kullanılarak hidrojeller karakterize edilmiştir. Şişme, salım analizleri yapılmıştır. Salım kinetik modelleri incelenmiştir. Sentezlenen bu hidrojeller, ilacın kontrollü salımında uygun bulunmuştur.
Bitkisel ve mikroalg içerikli kremlerin geliştirilmesi, antioksidan ve anti-tirosinaz enzim aktivitelerinin analitik yöntemlerle araştırılması
Bu tez kapsamında, Zingiberaceae familyasına ait Alpinia officinarum (havlıcan) için ekstraksiyon yöntemi geliştirilmiş ve ekstraktlarda bulunan fenolik maddeler, kantitatif olarak HPLC-DAD (yüksek performanslı sıvı kromatografi-diod serili dedektör) ile belirlenmiştir. Ayrıca hazırlanan dört farklı polaritedeki (%80 etanol, %80 metanol, %50 etanol ve %50 metanol) ekstraktlarda bulunan toplam fenolik madde ve antioksidan kapasite değerleri de belirlenmiştir. En yüksek galangin içeriği olan %80 etanol ekstraktı kullanılarak kolon kromatografisi ile ekstrakttan galangin saflaştırılmıştır. Daha sonra galangin betasiklodekstrin ile enkapsule edildikten sonra, galangin-betasiklodekstrin kalıntısı, sodyum aljinat ve CaCl2 kullanılarak hidrojel yapımında kullanılmıştır. Maksimum galangin salınımı için galangin-aljinat hidrojelini oluşturma koşulları merkezi kompozit dizayn yöntemi ile optimize edilmiştir. ANOVA analiz sonuçlarına göre sodyum aljinat yüzdesi %0,69 (w/v); CaCl2 yüzdesi %1 (w/v); zaman 43,55 (dk); ekstrakt yüzdesi %0,48 (w/v) olarak bulunmuştur. Bu değerler ile yapılan hidrojelden elde galangin salınım derişimi, tahmini değer ile uyumlu bulunmuştur. Elde edilen galangin-aljinat hidrojelinin FT-IR ve SEM ile yapısal karakterizasyon çalışmaları da yapılmıştır. Mikroalg olarak Chlorella vulgaris örneği de ekstrakte edilip, antioksidan özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra galangin-betasiklodekstrin kalıntısı, C.vulgaris kalıntısı ve galangin-aljinat hidrojeli krem örneklerine de eklenerek, kremlerin antioksidan özellikleri ve antitirosinaz etkileri de incelenmiştir. Çalışmamızda hazırlanan krem örneklerinin aday örnekler olabileceği sonucuna varılmıştır.
Sıçan korneasında oluşturulan deneysel alkali yanık modelinde trombositten zengin plazmanın ve sodyum aljinatlı yarı sentetik hidrojelin korneal yara iyileşmesi üzerine etkisi
Amaç: Topikal olarak uygulanan yarı-sentetik sodyum aljinat hidrojelin ve hidrojelin trombositten zengin plazma (TZP) ile kombinasyonun histopatolojik, biyokimyasal ve ön segment optik koherens tomografi (ÖS-OKT) parametreleri üzerine etkisinin incelenmesidir. Gereç ve Yöntem: 50 adet sıçanın sağ gözüne alkali yanık oluşturularak 5 adet eşit gruba bölünmüştür. Gruplardan birine topikal olarak fosfat tamponlu salin (Sham), birine TZP, birine 0,5% sodyum sitrat çözeltisi, birine yarı-sentetik hidrojel ve birine de topikal TZP ile birlikte hidrojel günde üç kez uygulanmıştır. Korneal opasite (KO), korneal epitelyal boyanma (KEB), siliyer hiperemi (SH), neovaskülarizasyon alanı (NVA) ve boyutu (NVB) değerlendirilmiştir. Korneal epitel defektindeki yüzdesi (KEDY) vizitlere göre değerlendirilmiştir. Dokuzuncu günde ÖS-OKT çekildikten sonra denekler sakrifiye edilmiştir. Alınan kornea dokusu histopatolojik olarak incelenmiş ve biyokimyasal olarak interlökin-1𝛽 (İL-1𝛽) ve matriks metalloproteinaz-9 (MMP-9) düzeyleri enzim bağımlı immunoabsorban assay (ELİSA) ile ölçülmüştür. Bulgular: Yanık sonrası ilk gün, gruplar KEDY, KO, SH, KEB, NVA ve NVB açısından benzerdi (p>0,05). Son vizitte KO, TZP grubunda Sham grubuna göre daha azdı (p=0,044). NVB açısından gruplar birbirine benzerdi (p>0,05). Gruplar arasında MMP-9 düzeyleri açısından birbirine benzerdi (p>0,05). İL-1𝛽 düzeyleri arasında anlamlı fark vardı (p<0,001). Sham grubuna göre TZP ve TZP+Hidrojel grubunda İL-1𝛽 düzeyi anlamlı derecede daha düşüktü (p=0,043 ve p=0,036). Epitel nekrozu açısından gruplar arasında anlamlı fark vardı en az olan grup TZP+Hidrojel grubuydu (p=0,003). Epitel kalınlığının en yüksek olduğu grup TZP+Hidrojel grubuydu (p=0,002). KEDY açısından son vizitte gruplar arasında fark vardı (p=0,042). Sham grubuna göre epitel defekti yüzdesine göre en hızlı iyileşen grup TZP+Hidrojel grubuydu (p=0,026). ÖS-OKT'de santral korneal alan ve solidite açısından doku MMP-9 düzeyi ile negatif korelasyon vardı (sırasıyla p=0,012 ve p=0,027). Sonuç: Yarı sentetik hidrojel, değerlendirilen parametrelerde anlamlı düzeyde iyileştirme yapmamıştır. Ancak TZP ile hidrojel kombine edilmesiyle epitel iyileşme hızı ve neovaskülarizasyon daha fazladır. TZP'de antikoagülan olarak kullanılan %0,5 sitratın TZP'nin yara iyileşmesi üzerine etkisi gösterilmemiştir. TZP'nin epitel kalınlığını ve epitel iyileşme hızını arttırıcı etkisi ile epitel nekrozunu azaltıcı etkisi hidrojel ile kombinasyonu ile arttırılabilir. Görüntü işleme ile ÖS-OKT ölçümleri, sıçan kornealarında yara iyileşmesi değerlendirmede yeni parametreler olarak kullanılabilir.
Akut yaraların iyileştirilmesinde bitkisel lipozom içeren levan bazlı biyoaktif hidrojellerin geliştirilmesi
Son zamanlarda doku mühendisliği yaklaşımları, insidansı artan akut ve kronik yaraların tedavisinde aktif yara bakım ürünlerine yönelmiştir. Aktif yara bakım ürünleri içerisinde yer alan hidrojeller, yüksek su tutma kapasiteleri ile yara bölgesinde istenilen nem dengesini sağlayan 3B polimerik iskelelerdir. Biyouyumlu özellikleri, esnek ve gözenekli yapıları, yüksek hidrofilik özellikleri sayesinde hücre ve dokuların onarımı ve yenilenmesinde, biyoaktif maddelerin hedef bölgeye kontrollü salımında sıklıkla tercih edilmektedir. Yara bakımında ideal yapılar olan hidrojellerin üretiminde polisakkarit yapıdaki doğal polimerler, biyouyumlu ve biyoaktif özellikleri sayesinde sentetik polimerlere tercih edilmektedir. β-(2-6) bağlarına sahip fruktoz monomerlerinden oluşan levan polisakkariti biyouyumlu özelliği, düşük iç viskozitesi ve yüksek yapışkan özellikleri ile gıda, farmasötik, kozmetik ve medikal alanlarda kullanılmaktadır. Üretim ve saflaştırma işlemlerinin yüksek maliyetleri ise ilgili polimerin çalışmalarını ve kullanımını sınırlandırmaktadır. Özellikle halofilik bakteriler aracılığı ile steril olmayan koşullarda da levan polimeri yüksek verimlilikte üretebilmekte ve böylece üretim maliyetleri azaltılabilmektedir. Bu doktora tezi kapsamında ilk defa Halomonas elongata 153B halofilik bakterisinin levan üretimi için optimum koşulları Cevap Yüzey Yöntemi ile belirlenmiş ve optimum koşullarda üretilen polimer ile levan bazlı hidrojel yapılar geliştirilmiştir. Hücre yenilenmesi, doku bütünlüğünün kısa sürede sağlanması ve yara bölgesindeki enfeksiyonların azaltılması amacıyla tıbbi öneme sahip halk arasında yara otu olarak bilinen Plantago major L. ve Plantago lanceolata L. bitkilerinden ekstre elde edilerek yara bölgesine kontrollü salım için ekstre yüklü lipozom yapılar oluşturulmuştur. Bitkisel lipozomların levan bazlı hidrojel yapılara yüklenmesi ile geliştirilen kompozit malzemenin yara iyileştirme etkinliği ise in vitro yara modelinde değerlendirilmiştir. Böylece hem klinik uygulamalarda hem de point-of-care olarak adlandırılan hasta başı kullanıma uygun bitkisel lipozom içeren, doğal, biyouyumlu, biyobozunabilir ve yara iyileşme sürecine katkıda bulunan levan ile fonksiyonel bir (antimikrobiyal, antieflamatuar ve proliferatif) yara bakım ürünü geliştirilmiştir. Geliştirilen biyoaktif hidrojeller akut yaraların iyileştirilmesi için umut verici bir tedavi yaklaşımı niteliğindedir.
Hidrojel ve alginat materyallerinin timpanoplasti başarısı üzerine etkisi - deneysel çalışma
Deneysel timpanik membran perforasyonu onarımında hidrojel ve alginat materyallerinin tek başlarına ve kombine olarak kullanımda etkilerini göstermeyi amaçlandı. Wistar albino cinsi, yetişkin 30 adet dişi rat 3 gruba ayrıldı. Tüm gruplardaki ratlara bilateral miringotomi yapıldı. İlk grupta yer alan ratların sol kulağına hidrojel, 2. grupta yer alan ratların sol kulağına alginat, 3. Grupta yer alan ratların sol kulağına hidrojel ve alginat uygulandı. Sağ kulaklar ise kontrol grubu olarak spontan iyileşmeye bırakıldı. Tüm ratların bilateral kulaklarına 3., 7., 14. ve 21. günlerde kulak zarı muayeneleri yapıldı ve perforasyon kapanma zamanları kaydedildi. Ratların 21. gün dekapitasyonu sonrası histopatolojik inceleme yapıldı. Tüm gruplarda çalışma perforasyon kapanma zamanı kontrol gruplarına göre anlamlı derecede kısa olduğu saptandı. Tüm gruplar ve kontrol grubunun iyileşen timpanik membran kalınlıkları karşılaştırıldığında anlamlı farklılık saptanmadı. Hidrojel ve alginat hem tek kullanımlarında hem de kombine kullanımlarında timpanik membran perforasyon iyileşme süresini hızlandırdığı bulunmuştur. Bu çalışma hidrojel ve alginatın timpanik membran perforasyon iyileşmesindeki etkilerini ortaya koymuştur.
Lateks ve metal nanopartikül katkılı hibrit PHEMA hidrojellerinin hazırlanması ve katalitik etkinliklerin incelenmesi
Hidrojeller bünyelerine su alarak şişme eğilimi gösteren çapraz bağlı polimerik yapılardır. Dengeli hacimde şişerler ve şekillerini korurlar. Absorpladıkları su miktarı oldukça yüksektir. Son yıllarda biyouyumlu malzeme olduğundan dolayı çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Biyouyumlu malzeme, doğal olan ve dokulara uyumluluk gösteren en yaygın sentetik hidrojel ise poli(2-hidroksietil metakrilat) (PHEMA) hidrojelidir. PHEMA hidrojelinin bu özelliğinden dolayı biyotıpta uygulamaları da artmıştır ve olumlu sonuçlar göstermiştir. Son zamanlarda endüstriyel alanlarda doğal kauçuk (lateks) önemli bir malzeme haline gelmiştir farklı işlemlerden geçirilmiş ve çeşitli alanlarda kullanılmıştır. Çalışmada ilk olarak HEMA monomeri kullanılarak PHEMA hidrojel sentezi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra emülsiyon polimerizasyon yöntemiyle stiren ve glisidil metakrilat (GMA) monomerleri kullanılarak poli(stiren-glisidil metakrilat) (PSGMA) lateksi sentezlenmiştir. PHEMA hidrojel sentezi gerçekleştirilirken son aşamada içine PSGMA lateks ilave edilmiş ve PHEMA-PSGMA hibrit hidrojeli elde edilmiştir. PHEMA hidrojeli ve PHEMA-PSGMA hibrit hidrojellerin zamana karşı şişme çalışması yapılmış ve 48 saat boyunca asit, baz ve nötr su da hidrojellerin şişme davranışları incelenmiştir. Hidrojellerin bünyesinde gümüş nanopartikül sentezlenmiş ve gümüş katkılı hidrojeller 4-nitrofenolün (4-NF) 4-aminofenole (4-AF) katalitik indirgeme çalışmasında kullanılmıştır. PHEMA hidrojeli ve PHEMA-PSGMA hibrit hidrojelinin yapısal karakterizasyonları yapılmıştır. İlk olarak TGA-DTA cihazı ile sentezlenen hidrojellerin termal bozunma davranışları incelenmiş, FTIR spektroskopi cihazı ile hidrojellerin kimyasal yapısı ve fonksiyonel grupları aydınlatılmaya çalışılmış, zeta potansiyometre cihazı ile lateks partikülünün çapı belirlenmiş ve UV-vis spektrofotometre cihazı ile gümüş nanopartikül içeren hidrojellerin katalitik indirgeme çalışmaları yapılmıştır. Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda PHEMA hidrojeli ve PHEMA-PSGMA hibrit hidrojelinin farkları ortaya konulmaya çalışılmıştır.
Lizozim, laktoferrin ve taşıyıcı olarak poloksamer 407 içeren yeni formülasyonların, oral mukoza üzerindeki iritasyon etkilerinin ın vıvo koşullarda değerlendirilmesi
Bu çalışmanın amacı, küçük çocuklarda diş çürüklerinin önlenmesinde güvenli bir alternatif ajan olarak kullanılabilecek, daha önce in vitro koşullarda antibakteriyel etkileri ve biyouyumluluğu gösterilmiş olan, lizozim, laktoferrin ve taşıyıcı sistem olarak poloksamer 407 polimeri içeren hidrojel formülasyonunun oral mukoza üzerindeki iritasyon etkilerinin %0,2' lik klorheksidin jel ile karşılaştırmalı olarak in vivo koşullarda değerlendirilmesidir. Bu çalışmada deney grubu olarak, 1 mg/ml lizozim ve 0,5 mg/ml laktoferrinin %10 konsantrasyondaki poloksamer 407 ile birleştirilmesiyle hazırlanan formülasyonlar kullanılmıştır. Negatif kontrol grubu olarak steril apirojen distile su, referans ürün olarak ise %0,2'lik klorheksidin jel kullanılmıştır. Deney ve kontrol gruplarının oral mukoza üzerindeki akut iritasyon etkileri, Suriye hamsterlarının yanak mukozaları üzerinde önce makroskopik olarak değerlendirilmiş, ardından histopatolojik inceleme ile akut oral mukoza iritasyon skorları belirlenmiştir. Makroskopik değerlendirme sonucunda, uygulama yapılan her üç grupta da herhangi bir dönemde eritem ya da skar oluşumu izlenmemiştir. Histopatolojik inceleme sonucunda ise lizozim, laktoferrin ve poloksamer 407 içeren hidrojel uygulamalarının iritasyon düzeyinin steril distile su ile aynı olduğu görülmüştür. Lizozim, laktoferrin ve poloksamer 407 içeren hidrojel ile klorheksidin jel uygulamalarının iritasyon etkileri karşılaştırıldığında ise klorheksidin jelin yeni geliştirilmiş hidrojele göre en az düzeyde iritan olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada, değerlendirilen deney ve kontrol gruplarından hiçbirinde ciddi derecede mukozal iritasyon görülmemiştir. Ancak, lizozim ve laktoferrin içeren hidrojel formülasyonun daha uzun süreli etkilerinin anlaşılabilmesi için, kronik oral mukoza iritasyon testlerinin ve gecikmiş tip aşırı duyarlılık (hipersensitivite) deneylerinin yapılmasının yararlı olacağı düşünülmektedir.