Hidrojeller
77 theses under this subject heading
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.
Farklı ı̇rrı̇gasyon aktı̇vasyon yöntemlerı̇nı̇n, yan kanallardaki bı̇ofı̇lm kaldırma etkı̇nlı̇klerı̇nin karşılaştırılması
Giriş: Bu tez çalışması, farklı irrigasyon tekniklerinin, 3 boyutlu yazıcıda üretilmiş yan kanallara sahip rezin bloklarda biofilm taklit eden hidrojeli çözme kapasitesini karşılaştırmayı amaçlamıştır. Endodontik tedavide irrigasyon tekniklerinin önemi ve etkinliği üzerine daha fazla bilgi edinmek, bu alanda daha etkin ve daha başarılı klinik uygulamaların geliştirilmesine yardımcı olabilir. Gereç ve Yöntem: Çalışmada, SAF, Endoactivator, ultrasonik irrigasyon ve kanal içi ısıtma yöntemleri, 75 adet rezin bloğun, üst ve alt yan kanallarındaki biofilmi çözmek için uygulanmıştır. Biofilmi taklit etmek için hidrojel kullanımıştır. Hidrojel, rezin blokların üst ve alt yan kanallarına yerleştirildikten sonra, herbir irigasyon aktivasyon metodu uygulanmıştır. Bloklar işlem öncesi ve sonrasında tartılarak ve görsel olarak skorlandırılarak, kaldırılan hidrojel miktarı ölçülmüştür. Bulgular: Elde edilen veriler, kullanılan farklı irrigasyon tekniklerinin hidrojel çözme kapasitesi arasında belirgin farklılıklar olduğunu göstermiştir. SAF grubunun, diğer gruplara kıyasla en yüksek hidrojel skorlarına sahip olduğu görülmüştür. Kontrol grubuna kıyasla, tüm irrigasyon tekniklerinin hidrojel çözme kapasitesi anlamlı derecede yüksektir, ancak Endoactivator grubunun hidrojel çözme kapasitesi diğer tekniklere kıyasla daha düşük kalmıştır. Sonuç: Farklı irrigasyon tekniklerinin endodontik tedavide önemli bir rol oynadığı ve teknikler arasında hidrojel çözme kapasitesi açısından farklılıklar olduğu görülmüştür. Bu çalışma, bu farklılıkların daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunmayı hedeflemektedir. Anahtar kelimeler: Biyofilm taklit, Endoaktivator, Hidrojel, Self Adjusting File, Ultrasonik sistem
Development of hydrogel containing tannic acid
This research investigates the water absorption capacity and release characteristics of hydrogel samples incorporated with tannic acid (TA) at different concentrations. The swelling test outcomes indicate that higher TA concentrations result in reduced water absorption capacity, while the release test demonstrates a release pattern influenced by pH levels. The greatest decrease in water absorption capacity is observed in hydrogel samples with the highest tannic acid concentration. Regarding release behavior, the hydrogel samples exhibit distinct patterns in buffer solutions with varying pH levels. The hydrogel sample containing 2.5% TA (w/v) shows the highest antioxidant activity. Considering the obtained data on release behavior and antioxidant activity, the hydrogel sample with 2.5% TA shows the best results. These findings underscore the significance of TA concentration and pH when formulating hydrogel samples for drug delivery and wound healing applications.
Pluronik esaslı enjekte edilebilir hidrojeller
Geçmişten günümüze dek ilaç keşfi, ilaçların uygulama yöntemleri, ilaç salım sistemleri ve ilacın doz ayarlama stratejileri ile verimini artırmak gibi önemli konular sıkça çalışılmış olup özellikle 'kontrollü ve hedefli' biçimde, ilaçların istenilen bölgeye ulaşması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda çok sayıda strateji geliştirilmiş olsa da birçok çalışmada gerek toksisite, gerekse biyouyumluluk ve biyobozunurluk kriterlerine uyum konusunda sorun yaşanmıştır. Basit bir ilacın vücutta taşınmasından gen terapiye kadar söz konusu olan tüm süreçler için, onaylı, belli koşulları sağlamış, birbirinden çok farklı kökenlere sahip yapılar kullanılarak, çeşitli yöntemlerin ve sistemlerin oluşturulması hedeflenmiştir. Polimerik jeller, çapraz bağlı polimer zincirlerinin oluşturduğu ağ şeklinde yapı ve bu ağın içindeki çözücünün bir arada olduğu ikili sistemlerdir. Fiziksel özellikleri sıcaklık ve zaman değişimine bağlı olarak katı-sıvı arasındadır. Jeller, daha yüksek sıcaklıkta ve kısa zaman skalasında sıvı formdadır. Genel olarak, sıvı jeller viskoz davranış sergilerken, katı jeller elastik davranış sergilemektedir. Bu durum viskoelalastik davranış olarak ifade edilmektedir. Eğer bir jelin ağ yapısı içinde var olan sıvı ortam su ise, bu jeller hidrojel olarak adlandırılmakta olup bu yapılar üstün ve benzersiz özelliklerinden dolayı en önemli jel sistemlerindendir. Bu durumun temel sebepleri arasında hem kendi özelliklerinden dolayı gerçek doku ve organlara yüksek oranda benzerlikler göstermeleri hem de çoğu zaman jeli oluşturan temel moleküllerin istenilen özelliklere sahip seçilebilme, uyarlanabilme ve yönetilebilme gibi avantajları gösterilmektedir. Özellikle sıcaklığa ve pH'ya duyarlı hidrojeller, ayarlanabilir şişme ve ilaç salım özelliklerinden dolayı ilaç taşıyıcı sistemi olarak en çok tercih edilen hidrojel yapılarındandır. Blok kopolimerler bu hidrojel sistemlerinin oluşturulmasında kullanılan önemli polimer gruplarındandır. Bu polimer çözeltilerinin en önemli iki özelliği sıcaklığa bağlı miselleşmesi ve jel oluşumudur. Poloksamerler, diğer bir adıyla pluronikler, söz konusu blok kopolimer sınıfında olup, belli koşullarda jelleşme özelliğine sahip, hidrofilik ve hidrofobik bölgeleri sayesinde hem kendi içinde hem de moleküller arasında etkileşimler gösterebilen yapılardır. Pluronik sınıfının içerisinde en çok bilinen türlerinden olan Pluronik F127 (F127) polimeri, sıkça çalışılan hidrojel yapılarının temelinde rastlanan bir polimer grubudur. Amerikan Gıda ve İlaç Kurumu (U.S. FDA) onaylı olan F127, gıda katkısı, kozmetik, ilaç endüstrisi gibi alanlarda çok farklı uygulamalarda kullanılmasına rağmen fiziksel etkileşimlerle biraraya getirilen bu jellerin mekanik dayanımlarının yetersiz olması ve fizyolojik çevrede çok hızlı çözünüyor olması en büyük dezavantajlarındandır. Bu durumu iyileştirmek amacıyla, karışık misel yapılarının kullanılması, farklı polimer zincirleri ile etkileşimlerin arttırılması, sisteme nanoparçacıkların eklenmesi veya iç-içe ağ yapılı sistemlerin oluşturulması gibi çok farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında F127 esaslı, biyouyumlu, fiziksel çapraz bağlı, vücut ısısında jelleşebilen, muko-adeziv ve enjekte edilebilir ve en önemlisi mekanik dayanımları arttırılmış jel sistemleri oluşturulması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, F127 içeren çözeltilere sırasıyla hiyalüronik asit, siklodekstrinler ve türevleri, jelatin ve poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA)/polietilen glikol (PEG) yapıları katılarak dört farklı sistem üzerinde çalışılmıştır. Her bir formülasyon için değişen konsantrasyonlarda yapıların akış davranışları, enjekte edilebilirlikleri ve muko-adeziv özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Hedeflenen amaç doğrultusunda elde edilecek jellerin ilerleyen dönemlerde kulak cerrahi operasyonlarında kullanılması planlanmaktadır.
Pluronik esaslı enjekte edilebilir hidrojeller
Geçmişten günümüze dek ilaç keşfi, ilaçların uygulama yöntemleri, ilaç salım sistemleri ve ilacın doz ayarlama stratejileri ile verimini artırmak gibi önemli konular sıkça çalışılmış olup özellikle 'kontrollü ve hedefli' biçimde, ilaçların istenilen bölgeye ulaşması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda çok sayıda strateji geliştirilmiş olsa da birçok çalışmada gerek toksisite, gerekse biyouyumluluk ve biyobozunurluk kriterlerine uyum konusunda sorun yaşanmıştır. Basit bir ilacın vücutta taşınmasından gen terapiye kadar söz konusu olan tüm süreçler için, onaylı, belli koşulları sağlamış, birbirinden çok farklı kökenlere sahip yapılar kullanılarak, çeşitli yöntemlerin ve sistemlerin oluşturulması hedeflenmiştir. Polimerik jeller, çapraz bağlı polimer zincirlerinin oluşturduğu ağ şeklinde yapı ve bu ağın içindeki çözücünün bir arada olduğu ikili sistemlerdir. Fiziksel özellikleri sıcaklık ve zaman değişimine bağlı olarak katı-sıvı arasındadır. Jeller, daha yüksek sıcaklıkta ve kısa zaman skalasında sıvı formdadır. Genel olarak, sıvı jeller viskoz davranış sergilerken, katı jeller elastik davranış sergilemektedir. Bu durum viskoelalastik davranış olarak ifade edilmektedir. Eğer bir jelin ağ yapısı içinde var olan sıvı ortam su ise, bu jeller hidrojel olarak adlandırılmakta olup bu yapılar üstün ve benzersiz özelliklerinden dolayı en önemli jel sistemlerindendir. Bu durumun temel sebepleri arasında hem kendi özelliklerinden dolayı gerçek doku ve organlara yüksek oranda benzerlikler göstermeleri hem de çoğu zaman jeli oluşturan temel moleküllerin istenilen özelliklere sahip seçilebilme, uyarlanabilme ve yönetilebilme gibi avantajları gösterilmektedir. Özellikle sıcaklığa ve pH'ya duyarlı hidrojeller, ayarlanabilir şişme ve ilaç salım özelliklerinden dolayı ilaç taşıyıcı sistemi olarak en çok tercih edilen hidrojel yapılarındandır. Blok kopolimerler bu hidrojel sistemlerinin oluşturulmasında kullanılan önemli polimer gruplarındandır. Bu polimer çözeltilerinin en önemli iki özelliği sıcaklığa bağlı miselleşmesi ve jel oluşumudur. Poloksamerler, diğer bir adıyla pluronikler, söz konusu blok kopolimer sınıfında olup, belli koşullarda jelleşme özelliğine sahip, hidrofilik ve hidrofobik bölgeleri sayesinde hem kendi içinde hem de moleküller arasında etkileşimler gösterebilen yapılardır. Pluronik sınıfının içerisinde en çok bilinen türlerinden olan Pluronik F127 (F127) polimeri, sıkça çalışılan hidrojel yapılarının temelinde rastlanan bir polimer grubudur. Amerikan Gıda ve İlaç Kurumu (U.S. FDA) onaylı olan F127, gıda katkısı, kozmetik, ilaç endüstrisi gibi alanlarda çok farklı uygulamalarda kullanılmasına rağmen fiziksel etkileşimlerle biraraya getirilen bu jellerin mekanik dayanımlarının yetersiz olması ve fizyolojik çevrede çok hızlı çözünüyor olması en büyük dezavantajlarındandır. Bu durumu iyileştirmek amacıyla, karışık misel yapılarının kullanılması, farklı polimer zincirleri ile etkileşimlerin arttırılması, sisteme nanoparçacıkların eklenmesi veya iç-içe ağ yapılı sistemlerin oluşturulması gibi çok farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında F127 esaslı, biyouyumlu, fiziksel çapraz bağlı, vücut ısısında jelleşebilen, muko-adeziv ve enjekte edilebilir ve en önemlisi mekanik dayanımları arttırılmış jel sistemleri oluşturulması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, F127 içeren çözeltilere sırasıyla hiyalüronik asit, siklodekstrinler ve türevleri, jelatin ve poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA)/polietilen glikol (PEG) yapıları katılarak dört farklı sistem üzerinde çalışılmıştır. Her bir formülasyon için değişen konsantrasyonlarda yapıların akış davranışları, enjekte edilebilirlikleri ve muko-adeziv özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Hedeflenen amaç doğrultusunda elde edilecek jellerin ilerleyen dönemlerde kulak cerrahi operasyonlarında kullanılması planlanmaktadır.
Mekanik dayanımları iyileştirilmiş polimerik hidrojel sistemleri
Yumuşak malzemelerin kullanıldığı pek çok alanda jellerin iyi mekanik özelliklere sahip olmaları kritik önem taşımaktadır. Doğal ya da sentetik polimerlerden elde edilen jeller birtakım avantajlara sahip olsalar da fizyolojik sıvılarda çok fazla şişerek genellikle çok kırılgan bir yapıya dönüşmektedirler. Bu tezin amacı, mekanik özellikleri kontrol edilebilir ve geliştirilebilir hidrojel elde edilebilmesi için, ağ yapıda moleküler seviyede bir enerji dağılım mekanizması oluşturmaktır. Bu amaç doğrultusunda hazırlanan bu tez iki bölüm şeklinde tasarlanmış olup ilk kısımda doğal bir polimer olan nişasta, ikinci kısımda ise sentetik Pluronik F127 (PF127) zincirleri kullanılarak hidrojeller hazırlanmış ve literatürde mevcut nişasta ve PF127 esaslı jellerin mekanik dayanımları arttırılmıştır. Tezin ilk bölümünde, sırasıyla lineer ve dallanmış şekilde bağlanan aynı tekrar birimlerine sahip iki homopolimer olan amiloz ve amilopektin zincirlerinden oluşan nişasta kullanılmıştır. Nişasta, yapısında bulunan hidroksil gruplarının varlığından dolayı, hidrojellerin oluşumunu içeren çeşitli uygulamalarda işlevselliğin değiştirilmesi ve geliştirilmesi amacıyla kolaylıkla modifiye edilebilir. Doğrudan çapraz bağlama durumunda, nişasta zincirlerindeki hidroksil gruplarının bir kısmı, iki veya çok işlevli bileşiklerle reaksiyona girmeye duyarlıdır. Nişastayı çapraz bağlamak amacıyla polisakkarit kimyasında en yaygın kullanılan çapraz bağlayıcı olan epiklorohidrin (ECH) kullanılmıştır. ECH üzerindeki epoksi ve halojenür grubu, nişasta yapısındaki hidroksit grubu ile reaksiyona girerek iki polimer zincirini çapraz bağlamaktadır. Bu tezde yüksek amiloz içeriğine sahip nişasta (Hylon VII) - ECH hidrojellerinin viskoelastik özellikleri araştırılmıştır. Reaksiyon bileşenlerinin konsantrasyonuna, nişastanın amiloz oranına ve yapıya başka bir polisakkarit olan Hyaluronik asit (HA) katılımına bağlı olarak jel özelliklerinin değişimi incelenmiştir. Elde edilen malzemeler şişme, viskoelastik ve morfolojik özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Elastik ve viskoz modüller, nişasta ve ECH konsantrasyonlarına bağlı olarak artarken, NaOH'ın mol oranının, çapraz bağlama reaksiyonlarında anahtar bir parametre olduğu bulunmuştur. Devamlı basamak-deformasyon testi sırasında düşük amiloz oranı içeren ağ yapının, sol-jel geçişleri sonrası başlangıç mekanik dayanımının yaklaşık %92 ± 4'ünü kaybettiği görülmüştür. Amiloz oranı arttırıldığında ise ağ yapı sol-jel geçişlerinden sonra tamamen orijinal hallerine dönmüştür. Yüksek amiloz oranlı jeller için zamana bağlı relaksasyon testleri gerçekleştirilmiş ve yapısal dinamiklerin, HA'nın daha küçük ve daha kararlı gözenek yapılarıyla birleştirilmesiyle bir miktar bastırıldığı gözlemlenmiştir. Tezin ikinci kısmında, "Poloksamerler" olarak da bilinen ve FDA tarafından insan kullanımı için onaylanan Pluronikler kullanılmıştır. Bu moleküller hidrofilik polietilen oksit (PEO) ve hidrofobik polipropilen oksit (PPO) zincirlerinin PEO-PPO-PEO üçlü blok şeklinde birleştiği yapılardır. Pluroniklerin en önemli özelliği, konsantrasyona bağlı farklı geçiş sıcaklıklarında ısıya duyarlı misel oluşturmalarıdır. Yüksek konsantrasyonlarda, sol-jel geçişi oda sıcaklığının altında gerçekleşir. Bu nedenle, polimer oda sıcaklığında su içinde çözüldüğünde, PPO'nun hidrofobik doğası nedeniyle miseller kendiliğinden birleşir. Pluronik çözeltileri düşük sıcaklıklarda sıvı halde iken, belirli sıcaklık değerlerinin üzerine çıktıklarında jel formuna geçmekte ve soğutulduğunda tekrar sıvı hale gelmektedir. Pluronik ailesi içerisinde, medikal ve farmasötik uygulamalarda en çok tercih edilen üye, yüksek suda çözünürlüğü ve nispeten uzun hidrofobik birimleri sayesinde yüksek hidrofobik etkileşimlere sahip Pluronik® F127 (PF127)'dir. Pluronik kopolimerler, belli bir sıcaklıkta çok hızlı bir şekilde sıvı halden jel formuna geçseler de oluşan hidrojellerin mekanik dayanımlarının yetersiz olması nedeniyle fizyolojik koşullarda uzun süre dayanamazlar. Bu durum Pluronik temelli sistemlerin en önemli dezavantajlarından biridir. Hem mekanik olarak güçlü hem de enjekte edilebilir jeller elde etmek için sıcaklığa duyarlı PF127 miselleri, ışığa duyarlı kumarin ve azobenzen gruplarını tekrar eden birimler olarak taşıyan amfifilik kopolimerlerle birleştirilmiştir. Böylece sıcaklığa duyarlı PF127 esaslı akıllı jellerin mekanik dayanımlarının iyileştirilmesinin yanı sıra ışık duyarlılığına sahip enjekte edilebilir yapıların elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla toplamda dört monomer sentezlenmiş ve tersinir katılma-ayrılma zincir transfer (RAFT) polimerizasyonu yoluyla polimerize edilmiştir. Sentezlenmiş olan polietilen glikol (PEG) bazlı makroRAFT ajanı kullanılarak amfifilik diblok terpolimerler elde edilmiştir. Kopolimerlerin yapıları, karakterize edilmiş ve amfifilik diblok terpolimerler, suda miseller halinde bir araya getirilmişlerdir. UV ışık altında kromofor grupların varlığına bağlı misel çekirdeklerinin çapraz bağlanması UV spektroskopisi ile incelenmiştir. Jellerin reolojik özellikleri sıcaklık, bileşim, UV maruz kalma süresi, gerinim ve frekansın bir fonksiyonu olarak değerlendirilmiş enjekte edilebilirlikleri analiz edilmiştir. Hazırlanan formülasyonların hem ısıya hem de ışığa cevap verdiği, PF127 yapılarına kıyasla mekanik özelliklerinin iyileştiği ve enjekte edilebilir olduğu ortaya konmuştur. Son aşamada ise sisteme fonksiyonlandırılmış kitosan (f-kitosan) dahil edilmesiyle gözenekler arttırılarak ilaç taşıma uygulamalarında kullanılmaya yönelik ilk adımlar atılmıştır.
Doku mühendisliği uygulamaları için mikroakışkan sistemi kullanarak sodyum aljinat film üretimi
Son yıllarda doku mühendisliğindeki önemli gelişmeler, dokuya özgü hücre kültürü faaliyetlerini destekleyen iskelelerin üretimi için yeni yöntemlerin geliştirilmesini gerektirmiştir. Geleneksel üretim yöntemlerinin iskele mikro mimarisi üzerindeki yetersiz kontrolü, iskelelerin üretimi için yeni tekniklerin geliştirilmesine duyulan ihtiyacı arttırmıştır. Mikroakışkan teknikleri yüksek derecede düzenli ve kontrollü gözenekli doku iskelelerinin üretimi için son zamanlarda en ilgi çeken yeni tekniklerden bir tanesidir. Bu tez çalışmasında, T-şekilli bir mikroakışkan sistem ile doku mühendisliği uygulamalarında iskele yapısı olarak kullanılabilecek gözenekli aljinat hidrojel filmlerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada mikroakışkan cihaz vasıtasıyla üretilen mikrobaloncukların iki aşamayla gözenekli film oluşturma potansiyeli araştırılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında farklı konsantrasyonlardaki polimerik mikrobaloncuklar bir altlık üzerinde toplanmış ve baloncuk patlama işlemi ile gözenekli yapıların oluşumu sağlanmıştır. İkinci aşamada ise elde edilen mikrobaloncuklara CaCl2 çözeltisi kullanılarak bir jelleşme işlemi uygulanmış ve kurutularak gözenekli üç boyutlu yapılar elde edilmiştir. Ayrıca, polimerik çözelti konsantrasyonları, sıvı akış hızı ve gaz basıncı gibi parametrelerin elde edilen filmlerin özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Üretilen filmlerin mikro yapıları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) vasıtasıyla incelenmiştir. Gözenekli aljinat hidrojel filmlerin kimyasal kompozisyonu Foruier Dönüşüm İnfrared Spektroskopisi (FT-IR), kristal yapıları X-Işını Kırınım Analizi (XRD) ile belirlenmiştir. Termal özelliklerinin incelenmesinde Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) kullanılmıştır. Ayrıca üretilen gözenekli aljinat hidrojel filmlerin su alım kapasitesini belirlemek için şişme testi, biyouyumluluğunun değerlendirilmesi için Nötral Kırmızısı Alım (NKA) sitotoksisite testi uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar değerlendirilerek, mikroakışkan sistemin doku mühendisliğinde gözenekli iskele yapılarının kontrollü bir şekilde üretilmesinde etkili bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.
Medikal uygulamalarda kullanılabilecek uçucu yağ içeren modifiye polivinil alkol (PVA) esaslı hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonu
Hidrojeller; yüksek su tutma kapasiteleri, yumuşak doku benzeri elastik yapıları ve biyouyumlu özellikleri sayesinde medikal uygulamalarda yara örtüsü, doku mühendisliği iskeleleri ve kontrollü ilaç salım sistemleri gibi çok sayıda alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu amaca yönelik sıklıkla tercih edilen polivinil alkol (PVA), hidrofilik yapısı, kimyasal kararlılığı ve toksik olmaması ile dikkat çekmektedir. Ancak sınırlı fonksiyonel gruba sahip olması, çapraz bağlanabilirliğini ve çok yönlü kullanım potansiyelini kısıtlamaktadır. Bu kapsamda, PVA'nın kimyasal olarak maleik anhidrit (MA) ile modifiye edilmesi sayesinde reaktif gruplar kazandırılmış ve böylece hem UV ışık ile çapraz bağlanabilirliği hem de fonksiyonelliği artırılmıştır. Bu tez çalışmasında, modifiye edilen maleatlanmış PVA (PVA-MA), biyolojik esaslı jelatin ile 3:1 oranında karıştırılarak, N,N′-Metilenbisakrilamid (MBAm) ve etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) gibi çapraz bağlayıcılar eşliğinde UV ışığı altında kürlenerek hibrit hidrojel sistemleri sentezlenmiştir. Ardından, bu yapıya farklı oranlarda (%4, %7, %10, %13, %18) lavanta uçucu yağı ilave edilerek sistemin hem antimikrobiyal hem de emülsiyon yapılı hidrojel formu oluşturulmuştur. Böylece bu çalışmada, klasik hidrojel yapılarla birlikte hidrofobik uçucu yağ fazını kapsülleyebilen, çift fazlı ve terapötik etkili emülsiyon hidrojellerin geliştirilmesi de hedeflenmiştir. Üretilen hidrojellerin morfolojisi, termal kararlılığı, şişme değerleri ve antibakteriyal etkinlikleri incelenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışması yalnızca klasik hidrojel sistemlerinin ötesine geçerek, emülsiyon yapılı, çift fazlı, uçucu yağ yüklü hidrojel sistemlerinin tasarlandığı ve karakterize edildiği yenilikçi bir yaklaşım sunmaktadır. Elde edilen sistemlerin, özellikle biyomedikal alanda antibakteriyel yara örtüleri olarak kullanılabilecek potansiyele sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, UV ile çapraz bağlanması sayesinde, endüstriyel üretime uygun, çevre dostu ve hızlı kürlenebilen bir malzeme sistemi geliştirilmiştir.
Katyonik hidrojellerin sentezi, karakterizasyonu ve anyonik boya gideriminde kullanılması
Tehlikeli doğası nedeniyle toksik boyaların neden olduğu çevre kirliliğinin artması büyük bir endişe konusudur. Biyobozunur olmayan ve yüksek derecede toksik boyaların küçük miktarları bile insanlığa ve doğaya ciddi zararlar verebilmektedir. Boya üretiminden, boya değirmenlerinden çıkan atıklar ve tekstil endüstrisinde kullanılan boyalar sonucu oluşan atık sulardan boyanın uzaklaştırılması için kullanılan yöntemlerden bir tanesi de adsorpsiyon yöntemidir. Adsorban geliştirme çalışmaları kapsamında, MOEAMCl ve MAAm monomerleri ile N,N metilen bisakrilamit çapraz bağlayıcısı ve potasyum persülfat radikalik başlatıcısı kullanılarak hidrojeller hazırlandı. Hazırlanan hidrojeller FTIR, SEM, EDAX ve TGA analizleri ile karakterize edildi. Hazırlanan hidrojellerin farklı ortamlarda (pH=2,4,8 ve 9 tampon çözeltileri ile üre ve NaCl çözeltileri) ve sıcaklıklarda (25 oC, 35 oC, 45 oC ve 55 oC) şişme çalışmaları gerçekleştirildi. Ayrıca sentezlenen hidrojellerin anyonik boya gideriminde adsorban olarak kullanılabilirliği araştırıldı. Bu amaçla adsorpsiyon çalışmalarında kirletici olarak anyonik boya olan Metil Oranj (MO) kullanıldı. MOEAMCl-MAAm (75:25 ve 50:50) (HD–2 ve HD–3) monomer besleme oranlarında hazırlanan hidrojellerin MO gideriminde etkin olduğu bulundu. HD-2 ve HD-3 hidrojellerine MO adsorpsiyonunda, ortam pH'sının, adsorban miktarının, sürenin, boya başlangıç derişiminin, sıcaklığın ve ortam matriksinin etkileri araştırıldı. Adsorbsiyon çalışmaları için uygun pH değerinin 9, adsorpsiyon süresinin 6 saat ve adsorban miktarının 0,1 g olduğu belirlendi. Optimum adsorpsiyon şartlarında HD–2 ve HD-3 hidrojelleri için 1000 ppm MO derişiminde boya giderimi %89,4 ve %90,9 ve adsorpsiyon kapasiteleri 950 ve 994 mg/g olarak belirlendi. Her iki hidrojele MO adsorpsiyonunun adsorban miktarı ve sıcaklık artışı ile azaldığı ancak ortam matriksinden çok fazla etkilenmediği gözlendi. Ayrıca adsorpsiyon izotermleri ve adsorpsiyon kinetiği üzerinde de çalışmalar yapıldı ve uygun izoterm modeli Freundlich izotermi olarak belirlendi. Kinetik çalışmalara göre ise HD-3 hidrojelinin incelenen tüm kinetik modellere HD-2'ye göre daha fazla uyduğu anlaşıldı. Termodinamik parametrelere göre MO boya giderimin ekzotermik olduğu anlaşıldı. Yapılan çalışmalar neticesinde elde edilen adsorbanın boya giderimi için kullanılabileceği sonucuna ulaşıldı.
Pelin otu (Artemisia absinthium L.) ekstresi içeren kitosan temelli hidrojellerin deneysel sıçan yanık modeli üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Antik çağlardan beri çok sayıda hastalığın tedavisinde yararlanılan pelin otu (Artemisia absinthium L.) geleneksel olarak yanık ve yaralarda iyileştirici etkileri sebebiyle kullanılmaktadır. Tüm dünyada önemli bir halk sağlığı problemi olarak görülen yanık, her bireyin başına herhangi bir zaman diliminde gelebilen ağır travmalardandır. Yanık yönetimi erken cerrahi müdahale, sistemik ilaçlar ve yara bakımını içeren kompleks bir süreçtir. Yara bakımı amacıyla hidrojel yara örtüleri sıklıkla yanık tedavisinde tercih edilmektedir. Yara bölgesine gerekli nemi sağlaması, bariyer görevi görmesi, içerdiği biyoaktif moleküllerin kontrollü salınımını gerçekleştirmesi sebebiyle yaygın kullanımı mevcuttur. Ancak ülkemizde bulunan yara örtüleri hala yetersiz sayıda ve kolay ulaşılabilir değildir. Bu sebeple farklı dozlarda pelin otu ekstresi içeren kitosan temelli hidrojel örtüler üretilerek deneysel sıçan yanık modeli üzerindeki etkileri incelenmiştir. İlk olarak etanolik pelin otu ekstresi içerisindeki belirli fenolik bileşikler LC-MS/MS cihazıyla tespit edilmiştir. Etkileri araştırılan üç doz pelin otu ekstresinin antioksidan aktivitesi DPHH yöntemiyle hesaplanmıştır. Üretilen yara örtülerinin iki farklı bakteri suşu üzerindeki antimikrobiyal aktivitesi disk difüzyon metoduyla test edilmiştir. Deneysel yanık modeli oluşturulmuş 48 Sprague-Dawley dişi sıçandan 3. ve 21. günde alınan dokular histopatolojik olarak on bir kategoride incelenmiştir. ELISA yardımıyla doku IL-1α, IL-6, IL-10 ve TNF-α seviyeleri ölçülmüştür. Histopatolojik incelemeden elde edilen non-parametrik veriler IBM SPSS Statistics 26.0 istatistik programı kullanılarak Fisher Kesin Olasılık Testi Monte Carlo Simülasyonu yardımıyla analiz edilmiştir. Doku sitokin seviyelerinden elde edilen veriler JASP 0.17 istatistik programıyla analiz edilmiştir. Bağımlı değişkenin gün ve gruplar arasındaki ilişkisi İki Faktörlü Varyans Analizi kullanılarak test edilmiştir. İstatistiksel analizlerde anlamlılık düzeyi p<0,05 olarak kabul edilmiştir. Pelin otu ekstresi içerisinde toplamda on beş fenolik bileşik kantitatif olarak tespit edilmiştir. Yüksek, orta ve düşük doz pelin otu ekstrelerinin antioksidan aktivitesi sırasıyla %91,1 ± 0,054, %89,6 ± 0,012 ve %84,1 ± 0,02 olarak hesaplanmıştır. Üretilen hidrojel örtüler Staphylococcus aureus (ATCC 29213) ve Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853) suşları üzerinde herhangi bir antimikrobiyal aktivite göstermemiştir. Histopatolojik incelemede 21.günden elde edilen fibrozis sonuçları istatistiksel olarak anlamlıdır. Doku sitokin seviyeleri tüm gruplarda pg/ml düzeyinde belirlenmiştir. Sonuç olarak; pelin otunun yara iyileşmesini çeşitli etki mekanizmalarıyla hızlandırdığı ve kitosan temelli hidrojel formunda yara örtüsü olarak kullanımının uygun olduğu sonucuna varılmıştır.
Doğal kaynaklardan glutatyon elde edilmesi, saflaştırılması ve farmasötik formda değerlendirilmesi
Glutatyon (GSH), hücrelerde sentezlenen düşük molekül ağırlıklı glutamik asit, sistein ve glisin amino asitlerinden oluşan bir tripeptittir. GSH, hücreleri oksidatif hasardan ve ksenobiyotik elektrofillerin toksisitesinden korumanın yanı sıra redoks homeostazını sürdürmede kritik roller oynar. GSH, çok sayıda temel biyolojik süreçte yer alan ve çeşitli dejeneratif hastalıklara müdahalelerde kullanılan güçlü antioksidan aktiviteye sahiptir. GSH'ın oral yolla verilmesi gastrointestinal (GI) sistemdeki fizikokimyasal bariyerler nedeniyle diğer protein ve peptit ilaçlarına benzer şekilde zorlu olmaya devam etmekte ve düşük oral biyoyararlanıma neden olmaktadır. Dağılımı iyileştirmek için hidrojeller, nanopartiküller içine kapsülleme, mikroemülsiyonlar ve lipozomlar gibi klinik terapötik etkilere sahip uygun formülasyonlar yeni nesil stratejiler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, öncelikle, donmuş ve taze brokoli (Brassica oleracea), ıspanak (Spinacia oleracea), lahana (Brassica oleracea var. capitata f. alba) ve semizotu (Portulaca oleracea)'dan etkili GSH düzeyleri elde edilmesini sağlandı. GSH'ı niceliksel olarak ve niteliksel olarak belirlemek için UV ve floresan dedektörlü HPLC kullanarak analitik yöntemler geliştirildi ve sonuçlar karşılaştırıldı. HPLC-UV sonuçlarına göre en yüksek GSH seviyesi liyofilize ıspanak bitkisi ile elde edilirken taze semizotu bitkisinden pik elde edilemedi. HPLC-FLD sonuçlarına göre en yüksek GSH seviyesi liyofilize ıspanak bitkisinde elde edilirken taze ve liyofilize semizotu bitkisinden pik elde edilemedi. HPLC sonuçları karşılaştırıldığında, sonuçlarda her iki analitik yöntem için de benzer sonuçlara ulaşıldı. Daha sonra araştırma, terapötik çalışmalar için farmasötik bir ürün geliştirme nihai hedefiyle GSH' ın biyoyararlılığını artırmaya yönelik stratejilere odaklandı. Bu amaçla doğal kaynaklı glutatyon bazlı enjekte edilebilir hidrojel ve ticari glutatyon bazlı enjekte edilebilir hidrojel tasarlandı. Kimyasal yapı açısından benzer sonuçlar elde edilirken, doğal kaynaklı glutatyon bazlı enjekte edilebilir hidrojelin daha iyi homojen bir dağılıma sahip olduğu gözlendi. Sonuçlar, doğal kaynaklı glutatyon bazlı enjekte edilebilir hidrojel stratejisinin, oldukça gelişmiş antioksidan ve biyoaktif özelliklere sahip yeni nesil GSH bazlı hidrojel için yeni bir strateji olduğunu göstermektedir.
Çeşitli bitki gelişim düzenleyicileri içeren biyobozunur hidrojel sistemlerinin geliştirilmesi ve tarımsal uygulamaları
Sunulan çalışmada, glutaraldehit (GA) çapraz bağlayıcısı kullanılarak sentezlenen bir seri jelâtin/kitosan hidrojelinin tarımsal amaçlı kullanılabilirliği araştırıldı. Farklı jelâtin/kitosan oranlarında hazırlanan hidrojel örneklerinin jelleşme yüzdeleri ve şişme/bozunma davranışları incelendi. Hazırlanan hidrojel örneklerinin yüksek değerlerde jelleşebildikleri ve jelleşme oranlarının kitosan miktarındaki artışa bağlı olarak bir miktar düştüğü saptandı.Hidrojellerin zamanla şişme davranışları Britton-Robinson tampon (BRT) çözeltisinde (pH=7,0) incelendi. Tüm hidrojellerin şişme değerlerinin zamanla arttığı ve yaklaşık 24 saatte denge şişme değerine ulaştığı gözlendi. Kitosan miktarı arttıkça şişme değerlerinin zamanla azaldığı ve 30ºC, pH=7,0'da en çok şişen hidrojelin jelâtin miktarı en fazla olan hidrojel olduğu saptandı.Hidrojellerin şişme davranışlarının sıcaklıkla değişimi sabit pH da 4-50 ?C arasında incelendi. Sıcaklık artışıyla şişme değerlerinin arttığı ve 40ºC'de en yüksek değerine ulaştığı gözlendi.Hidrojel örneklerin şişme davranışlarının pH ile değişimi incelendi. Jelâtin içeriği fazla olan hidrojellerin düşük pH değerlerinde çok şiştiği, pH arttıkça şişme değerlerinin düştüğü ve pH=5,0'den sonra yeniden yükseldiği gözlendi. Hidrojellerde kitosan miktarı arttıkça, şişme değerlerinin ortam pH'sından etkilenmediği saptandı.Hidrojellerin bozunma davranışları 30ºC'de ve pH=7,0'da zamana karşı incelendi. En az miktarda kitosan içeren hidrojelin 20 günde, kitosan miktarı en fazla olan hidrojelin ise yaklaşık olarak 76 günde tamamen bozunduğu gözlendi.Jelâtin-kitosan hidrojellerin tarımsal uygulamaları üç aşamada incelendi. İlk aşamada farklı şişme değerlerine sahip JK-7, JK-11 ve JK-15 hidrojelleri seçildi. Bu hidrojellere salisilik asit (SA) ve gibberellik asit (GA3) yüklemesi yapıldı. SA salımının hidrojellerde 3 ile 18 gün arasında, GA3 salımının ise 24 ile 60 saat arasında tamamlandığı belirlendi. İkinci aşamada, seçilen hidrojellerin toprak ortamındaki salım miktarlarını ölçmek amacıyla bir model olabileceği düşünülen kesikli salım çalışması gerçekleştirildi. Bu çalışmada daha yavaş salım gerçekleştiren JK-11 ve JK-15 hidrojelleri seçildi. JK-15 hidrojelinden SA'nın ve GA3'ün kesikli salımının JK-11 hidrojeline göre daha yavaş gerçekleştiği saptandı. Çalışmanın üçüncü aşamasında ise SA ve GA3 yüklü JK serisi hidrojellerin tarımsal alanlarda kullanımının araştırılması amaçlandı. Şişme ve salım deneyleri sonuçlarından farklı değerlere sahip üç tür hidrojel kullanılmasına karar verildi. Farklı miktarlarda SA ve GA3 yüklü bir seri JK-7, JK-11 ve JK-15 hidrojeli hazırlandı. Ayrıca, SA yüklü JK-11 ve JK-15 hidrojelleriyle domates tohumu; GA3 yüklü JK-11 ve JK-15 hidrojelleriyle ise ateş çiçeği ve yabani patlıcan tohumları kaplandı. Tüm örneklerin tohumlarda fide çıkışına etkileri incelendi. GA3 yüklü jelâtin hidrojellerin yabani patlıcan tohumu fide çıkışına çok olumlu etkileri olduğu saptandı.
Lomber disk hernisinde disk restorasyon hidrojel implant (GELSTIXTM) kullandığımız hastalarda sonuçlar: Retrospektif çalışma
Lomber disk hernisi hastalarında disk restorasyon hidrojel implant (GelstixTM) uygulanmasının kliniğimizdeki sonuçlarını değerlendirmek amaçlanmıştır. Fırat Üniversitesi Hastanesi Algoloji Polikliniği'ne başvuran lomber disk hernisi tanısı almış,kronik diskojenik ağrılı,Ocak 2013–Ocak 2014 tarihleri arasında bir yıllık sürede disk restorasyon hidrojel uygulanan hastalar retrospektif olarak değerlendirildi.Olgular demografik karakteristikleri,magnetik rezonans görüntüleme bulguları,preoperatif ve postoperatif VAS, komplikasyonlar, yan etkiler ve işlem sonrası hasta memnuniyeti açısından incelendi. Yirmibeşi erkek (%40,3),37'si kadın (%59,7)toplam 62 hastaya işlem yapıldı. Hastaların yaş ortalaması 49,18±14,18 yıl,kadın hastaların yaşları 50,81±13,37 yıl ve erkek hastaların yaşları 46,76±15,27 yıldı. Kadın ve erkek hastaların ağrı süreleri sırasıyla 37,81±37,92 ay ve 25,36±33,58 aydı.Kadın ve erkek hastaların preoperatif ve postoperatif VAS skorları sırasıyla 8,24±1,09 ve 7,88±1,01 ile sırasıyla 3,56±2,11 ve 3,76±2,17 idi.Onaltı (% 25,8) sağ bacak ağrısı, 20(%32,3) sol bacak ağrısı,26(%41,9) bilateral alt ekstremite ağrısıyla kliniğimize başvurdu.Hastaların 31'inde(%50) ek bir hastalık olmadığı,12'sinde(%19,4) kardiak hastalık, 3'ünde(%4,8) respiratuar hastalık, 7'sinde(%11,3) endokrin hastalık, 4'ünde(%6,5) endokrin ve kardiyak hastalık beraber, 2'sinde(%3,2) kardiyak ve respiratuar hastalık beraber, 1'inde(%1,6) endokrin ve respiratuar hastalığın beraber ve 2'sinde(%3,2) endokrin, kardiyak ve respiratuar ek hastalığının beraber olduğu görüldü.Hastaların 25'inde bulging(%40,3),5'inde protrüzyon(%8,1),4'ünde NFD(%6,5),18'inde bulging+NFD(%29),3'ünde NFD+protrüzyon(%4,8) ve 7'sinde bulging+protrüzyon (%11,3) vardı. Onüç hastanın (%20,97) daha önce tedavi almadığı, 29'unun(%46,77) transforaminal steroid tedavisi aldığı ve 20'sinin(%32,26) sadece medikal tedavi aldığı tespit edildi.Şikayet seviyesi 2 hastada L2-L3 (%3,2), 17'sinde L3-L4(%27,4), 28'inde L4-L5(%45,2) ve 15'inde L5-S1'di(%24,2). Memnun olmayan hasta sayısı 9(%14,5), orta derecede memnun kalan hasta sayısı 16(%25,8), iyi derecede memnun olan hasta sayısı 16(%25,8), mükemmel derecede memnun olan hasta sayısı ise 21'di(%33,9). Disk restorasyon hidrojel özellikle genç ve orta yaş hastalarda diskojenik ağrıya karşı tatmin edici sonuçlarla kullanılabilen, düşük komplikasyon ve yan etki riskine sahip güvenli bir minimal invazif tekniktir.
Progesteron yüklü poly (N- izopropilakrilamid) içeren kopolimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAM) içeren Bitkisel yağ bazlı poliN-izopropilakrilamid-ko-polimetakriloil keten tohumu yağı (PNIPAM-ko-PMLO), poliN-izopropilakrilamid-ko-polimetakriloil soya yağı (PNIPAM-ko-PMSO) ve PNIPAM polimerik jelleri polimetakriloil keten tohumu yağı (PMLO) veya polimetakriloil soya yağı (PMSO) komonomerleri, N-izopropilakrilamid (NIPAM) monomeri, çapraz bağlayıcı olarak metilen bisakrilamid, başlatıcı olarak amonyumpersülfat-TEMED redoks çifti kullanılarak serbest radikal polimerizasyonu yöntemi ile hazırlandı. Hidrojellerin sentezi oda sıcaklığında yapıldı ve kriyojellerin sentezi ise 0 oC altındaki gerçekleştirildi. Elde edilen polimerik jellerin karakterizasyonu; FTIR-ATR ile yapı analizleri, DSC ve TGA yöntemleri ile termal analizleri, morfolojik yapıları ise taramalı elektron mikroskobu SEM-EDX yöntemleri ile araştırıldı. Polimerik jellerin 25 oC ve 37 oC'de % şişme oranları hesaplandı. Sıcaklık arttıkça şişme oranlarının düştüğü görüldü. Üstelik in-vitro ortamda25 oC ve 37 oC'de progesteron yükleme ve salım çalışmaları yapıldı. Polimerik jellerin ilaç yükleme oranları yaklaşık ikinci saaat sonra % 91'in üzerinde ve 24 saat sonında % 85'in üzerinde bulundu. 25 oC'de PMLO-ko-PNIPAM jellerinin progesteron salım çalışmaları 24 saat sonunda kriyojel için % 55 ve hidrojel için % 65 civarında bulundu. Fakat polimerik jelerdeki 37 oC'deki progesteron salım değerleri artmaktadır. Elde edilen sonuçlar, veterinerlikte kullanılan 2 ayrı progesteron yüklü impantların salım değerleri ile karşılaştırıldı. Anahtar Kelimeler: Poly(N-izopropilakrilamid), Bitkisel Yağ, Hidrojel, Kriyojel, Progesteron, Kontrollü İlaç Salımı
Extensive coarse-grained molecular dynamics simulations of soft matter: From RNA to hydrogels
Coarse-grained molecular dynamics (CG-MD) simulations are indispensable for investigating the dynamical response of macromolecular structures to external probes. The purpose of this thesis is to utilize CG-MD in order to determine (a) the response of a hydrogel to a time-varying external electric field, (b) the melting time of an RNA hairpin structure as a function of the temperature and the molecule size. Controlling the mechanical response of polyelectrolyte hydrogels to external electric fields is of great importance for hydrogel-based soft actuation systems. The first part of the thesis work involves the study of a semi-infinite polyelectrolyte hydrogel slab to a transient and spatially nonuniform half-sinusoidal electric field by means of both implicit and explicit solvent models. Results with an implicit solvent model demonstrated that an electric field confined to a small volumetric section of the hydrogel slab induces a reversible contraction of the entire slab in the direction perpendicular to the field. The hydrogel initially contracts by almost half of its field-free length and then retracts to its original size, with repeating contraction/retraction cycles exponentially decaying in magnitude akin to an underdamped oscillator. In contrast, almost no contraction occurs when the field is applied uniformly on the whole hydrogel slab. Analyses of contraction times and efficiencies for varying backbone charge fractions, dielectric constants, and salt concentrations confirm the robustness of the phenomenon. Further, by tuning the electric-field frequency and amplitude, both the contraction time and the efficiency can be controlled. Also, this phenomenon is demonstrated by using the explicit solvent model. Results showed that in realistic water concentrations (0.7 M), the contraction of the hydrogel decreases up to 35\%. Although this contraction is observed when an electric field is applied to the hydrogel slab partially like in the implicit solvent model, the field area increased to half of its initial size instead of 10\% for the implicit model. Concluded that our results of the mechanical behavior of the PE hydrogel slab are unconstrained by the solvent model, hydrogel's chemical properties, and electric field parameters. In the second part of the thesis, the melting behavior of an RNA hairpin, another macromolecular system distinguished by its palindromic sequence, investigated again by means of CG-MD simulations. Determination of the structure and dynamical behavior of nucleic acids as a function of temperature is a fundamental problem in polymer physics and is relevant for understanding the intracellular processes in thermophilic bacteria. The characteristic helical structure of these macromolecules is known to play an important role in their folding and melting dynamics. The main focus is on the melting dynamics upon an increase in the ambient temperature. Our results suggest the presence of two distinct dynamical regimes. The "critical regime" close to the equilibrium melting temperature displays an unexpected, non-monotonous dependence of the melting time on the temperature. The second, high-temperature regime is characterized by the entropic competition of the two denatured ends of the linear duplex structure. The scaling behavior of the melting time in both regimes investigated and identified the crossover boundary separating the two as a function of temperature and molecule size.
Kitosan, akrilik asit, akrilamit, itakonik asit ve krotonik asit temelli hidrojellerin biyouyumluluklarının belirlenmesi
Sunulan çalışmada, farklı bileşimlerde akrilamid (AAm), akrilik asit (AA), akrilik asit/krotonik asit (AA/CA), akrilik asit/itakonik asit (AA/IA), akrilamid/krotonik asit (AAm/CA), akrilamid/itakonik asit (AAm/IA) ve kitosan (Cs) temelli hidrojeller, amonyum persülfat (APS)/sodyummetabisülfit [(NH4)2S2O8/Na2S2O5] kimyasal başlatıcı çifti ve etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) çapraz bağlayıcısı kullanılarak serbest radikal polimerleştirilmesi ile sentezlenmiştir. Öncelikle elde edilen hidrojellerin DMEM besiyeri ortamında şişme davranışları ve ortam pH'sına etkileri incelenmiştir. Hidrojellerin besi ortamındaki şişme değerlerinin birbirine yakın olduğu tesbit edilmiştir. Genel olarak AA temelli hidrojellerin ortam pH'sını asidik bölgeye kaydırırken AAm temelli hidrojellerin bazik bölgeye kaydırdıkları gözlenmiştir. L929 fare fibroblast hücrelerinin üreme davranışı çalışmaları yapılmış ve 3. günden sonra logaritmik üreme fazına geçtikleri ve 9. günde üreme yüzeyini tamamen kapladıkları görülmüştür. Biyouyumluluk çalışmaları için L929 fare fibroblast hücre kültürü kullanılarak in vitro koşullarda sitotoksisite çalışmaları yapılmıştır. Sitotoksisite çalışmaları ISO 10993 standardına uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada hücre canlılığı 3-[4, 5-dimetilthiazol-2-il]-difeniltetrazolyum bromür (MTT) yöntemi ile 24, 48, 72, 96 ve 120 saatlerde belirlenmiş, ayrıca çalışma süresince hücrelerin morfolojik durumları incelenmiştir. Sonuçta hidrojellerin hiç biri toksik etki göstermemiş ve hücre morfolojilerinde de herhangi bir bozulma meydana gelmemiştir. AAm temelli hidrojellerin ve Cs'nin tüm çalışma süresince daha iyi biyouyumluluk gösterdiği gözlenmiştir. Akrilik asit temelli hidrojellerin biyouyumluluklarının ilk 48 saatte yüksek olduğu ve aynı zamanda özellikle ilk 48 saatte bütün hidrojel ekstraktlarının hücre üremesini artırıcı etki yaptıkları gözlenmiştir. Sonuç olarak test ettiğimiz bütün hidrojellerin biyomalzeme olarak kullanılmasında herhangi bir sakınca olmadığı düşünülmektedir.
Kitosan-poli(akrilik asit)-poli(akrilamit) içeren IPN tipi hidrojellerin şişme davranışları ve yara iyileşmesine etkisinin incelenmesi
Sunulan çalışmada, çeşitli bileşimlerde akrilik asit (AA), akrilamit (AAm) ve kitosan (CS) polimerlerini içeren iç içe geçmiş ağ yapıdaki (IPN) hidrojeller hazırlandı. Başlatıcı olarak amonyum persülfat / sodyummetabisülfit (NH4)2S2O8 / Na2S2O5 redoks çifti seçildi ve hidrojeller serbest radikal polimerleşmesi ile sentezlendi. Çapraz bağlayıcı olarak sabit miktarlarda etilenglikoldimetakrilat (EGDMA), tam-IPN hidrojeller için ayrıca değişen miktarlarlarda glutaraldehit (GA) kullanıldı. Üretilen hidrojellerin şişme davranışları değişen süreye, sıcaklığa ve pH'a karşı incelendi. Tüm hidrojellerin % şişme değerlerinin zamanla arttığı ve yaklaşık 30 saat sonra dengeye ulaştığı gözlendi. Yarı-IPN tipi hidrojellere bakıldığında AA içeren hidrojellerin AAm içeren hidrojellerden daha fazla şiştiği saptandı. Ayrıca AA içeren hidrojellerden tam-IPN tipi hidrojellerin yarı-IPN hidrojellere göre daha fazla şiştiği saptandı. CS miktarının değiştirilmesiyle % şişme değerlerinde önemli miktarda değişme görülmedi. 37 ?C ve pH=7,4 de en çok şişen hidrojelin kitosan-poli(akrilik asit) tam IPN-2 [(CS-PAA)T-2] olduğu bulundu.Çalışmanın ikinci kısmında; Epidermal Büyüme Faktörü (EGF) yüklü kitosan-poli(akrilik asit) yarı IPN-2 [(CS-PAA)Y-2], kitosan-poli(akrilamit) yarı IPN-2 [(CS-PAAm)Y-2] ve (CS-PAA)T-2 hidrojellerinin yara iyileşmesine etkisi L929 fare fibroblast hücreleri ile incelendi. EGF'nin yüklenmesi emdirme yöntemiyle gerçekleştirildi. Sadece EGF yüklü (CS-PAAm)Y-2 hidrojeli için tatminkar sonuçlar sağlandı. Optik mikroskop incelemelerinden zamanla hücrelerin artan bir şekilde fibroblastik morfolojilerini oluşturarak yüzeye yapışıp yayıldıkları gözlendi.Çalışmanın son kısmında ise Piperasilin/Tazobactam (CS-PAA)Y-2, (CS-PAAm)Y-2 ve (CS-PAA)T-2 hidrojellerine emdirme yöntemiyle yüklendi. Piperasilin/Tazobactam yüklü hidrojellerden salım pH=7,4 ve 37 °C de UV spektrofotometresi ile takip edildi. (CS-PAAm)Y-2 hidrojelinin diğer yüklü hidrojellere nazaran Piperasilin/Tazobaktam'ı daha uzun sürede saldığı gözlendi. Kinetik verilerden tüm hidrojeller için 0. derece salım gerçekleştiği gözlendi. En hızlı salım yapan (CS-PAA)T-2 hidrojelinin difüzyon katsayısı (D) 3,53x10-6 cm2/s olarak hesaplandı.
Development of brain-mimetic hydrogels for modelling neuronal differentiation
Biomechanically and biochemically tunable brain tissue models are notably essential for tissue engineering applications and neuroscience studies. Derivation of hydrogels through decellularization of native tissues is a promising strategy to reconstitute the native brain extracellular matrix for use in in vitro human models. Due to distinct features of the brain tissue and its implications on cellular behavior, it is particularly important to characterize and modulate the biochemical and biomechanical properties of constructed hydrogels from decellularized tissues. In the present study, we investigated the use of bovine brain tissue as a biomaterial carrier for neuroscience studies, assessed whether it could be an advantageous replacement for the human brain with easy accessibility, reproducibility and microenvironmental resemblance. We established and examined different methods for decellularization of bovine brain tissue and fabrication of reconstituted hydrogels. The decellularized tissues were evaluated with histological assessments and biochemical assays to both confirm elimination of cellular material and conservation of extracellular matrix components. Afterwards, decellularized tissues were solubilized with enzymatic digestion and reconstituted under physiological conditions in order to form hydrogels with thermal crosslinking capability. Mechanical characterization of hydrogels was performed to assess their stiffness and viscoelastic properties. Hydrogels were then tested for their three-dimensional cell encapsulation efficiency and their cytocompatibility with neuroblastoma cell line (SH-SY5Y) in culture. Collectively, it was shown that each decellularization technique resulted in different biochemical and biomechanical properties and these factors affected cell growth and behavior such as the degree of neurite formation. Given that mechanical microenvironment acts as an important parameter in cancer and neurodegenerative diseases, the results of this study provide significant insights. In the second part of the study, neuronal differentiation of neuroblastoma cells was investigated under 2D and 3D cell culture conditions to assess the effect of culture dimensionality and the presence of native brain matrix ligands on cellular fate. For this purpose, neuroblastoma cells were either grown on cell culture plate or encapsulated within decellularized brain-derived hydrogels. Following a neuronal differentiation regime, cells were evaluated morphologically through brightfield microscopy to determine neurite formation. Then, the expression of neuronal markers was assessed on both protein level by immunostainings and gene level by qRT-PCR. In conclusion, it was shown that synaptogenesis was improved by differentiated cells with elongated neurite formation in both 2D and 3D cultures. The proliferation rate was reduced and the gene expression levels of neuronal markers, including TUBB3 and CHAT were increased. Besides the common trends, significant differences were also observed between 2D and 3D cultured differentiated cells, whereas in 3D culture an increase in GFAP, glial cell marker, was detected.
Hidrofobik monomer içerikli hidrojel sentezi ve karakterizasyonu
Bu tez çalışmasında, molce farklı oranlarda (%5, 10 ve 15) hidrofobik karakterli lauril metakrilat (LM) içeren N-vinilimidazol (VIm) esaslı kopolimer hidrojeller sentezlenmiş, elde edilen jellerin enstrümental karakterizasyonları yapılmış ve çeşitli ortamlarda şişme davranışları incelenmiştir. Hidrojellerin şişme davranışları; pH, sıcaklık ve iyonik şiddet değişkenlerine bağlı olarak sulu ortamda ve bazı organik çözücülerde incelenmiştir. LM varlığının ve miktarındaki artışın, kopolimer hidrojellerin sudaki şişme davranışını kısıtladığı, buna karşın organik çözücülere karşı ilgiyi arttırdığı görülmüştür. 25°C'de ve pH 6,2'de molce %15 LM içeren kopolimer için denge şişme oranı (Smaks,d) 0,47 g su/g jel iken, bu değer aynı polimer için dimetilsülfoksit ve diklorometan çözücülerinde sırasıyla 1,67 ve 2,24 g çözücü/g jel olmuştur. Ayrıca LM varlığı jel yapısına sıcaklığa duyarlılık kazandırmış, LM içeriğine bağlı olarak sıcaklık artışı ile Smaks,d değerinde %32'ye varan artış sağlanmıştır. Buna karşın kopolimerlerin pH duyarlılığı homopolimere kıyasla düşük olmuştur. Tuz çözeltilerinde "salting-in" etkisi baskın olmuş, 4 farklı tip tuz çözeltisinde de iyonik şiddet artışı genelde Smaks,d değerini arttırmıştır. Hidrojeller, Smaks,d değerlerinde kayba uğramadan 5 kez tekrar şişme davranışı göstermiştir, 25°C'de ve 1440 dakika sonunda kopolimer hidrojeller LM içeriğine bağlı olarak yapılarındaki suyun %80-90'ınını geri salarken, p(VIm) neredeyse tamamını kaybetmiştir.
Organik esaslı kompozitlerin 3 boyutlu yazıcı ile şekillendirilmesinin araştırılması
Hekzagonal bor nitrür'ün (hBN) biyoinert, biyouyumlu, düşük sürtünme kat sayısı ve ısıyı homojen dağıtma özelliklerinden faydalanılarak yüksek viskoziteli biyomürekkeplerin basım kalitesini artırabileceği ön görülmüştür. 3 boyutlu biyoyazıcılarda ve biyomürekkep çeşitliliğinde hBN nanopartikülleri kullanılarak sınırlamaların elimine edilmesi amaçlanmıştır. İyonik olarak bağlı jelatin-kitosan biyomürekkeplerine hBN nanopartikülleri ilave edilerek viskozite değişimleri incelenmiştir ve basılabilirlik değerlendirmesi yapılmıştır. Yüksek viskoziteli biyomürekkeplerin basılabilirlik özelliklerini iyileştirdiği belirlenmiştir. Basılan doku iskeleleri iyonik veya kimyasal çapraz bağlı olarak biyomalzeme halinde kullanılabilirliğini değerlendirmek için kimyasal (FTIR, DSC, XRD), fiziksel (biyobozunurluk, yüzey temas açısı, su tutma kapasitesi) ve biyolojik (biyouyumluluk) testleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlardan hBN nanopartiküllerinin katkılı biyomürekkeplerin ekstrüzyon temelli biyoyazıcıların dezavantajını azalttığı belirlenmiştir. Ayrıca doku mühendisliği alanında kompozit biyomalzeme geliştirirken hBN nanopartiküllerinin üstün özelliklerinden faydalanılabileceği ortaya çıkmıştır.
Arıtma çamurundan hidrojel üretimi ve gübre potansiyelinindeğerlendirmesi
Dünya nüfusunun giderek artmasıyla birlikte iklim değişikliği etkileri sürdürülebilir üretim ve tüketimi sağlama konusunda tarım sektörü üzerinde büyük baskılar oluşturmaktadır. Sürdürülebilir gıda üretiminin sağlanması amacıyla tarım sektörü üzerinde yeni stratejilere gidilerek, çevreye minimum zarar ve maksimum etki sağlanması yolunda yeşil ve yeni nesil teknolojilere ihtiyaç duyulmaktadır. Su adsorpsiyon kapasitesi ve geçirgenlik özellikleriyle dikkat çeken hidrojeller, bitki gelişiminin temel iki yapı elemeti olarak; su ve gübre konusunda mükemmel bir ara malzeme olacaktır. Hidrojeller döngüsel ekonominin de desteğiyle gübreye ikincil kaynak olarak seçilen arıtma çamurlarıyla birlikte kombinlenmesiyle, yüksek besin içerikli gübre üretimi sağlamak ve bitkiler üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmaktadır. Ülkemizde ithal edilen gübreler yerine arıtma çamurundan geri kazanılmış hidrojel malzemenin gübre potansiyelinin belirlenmesi atıkların değerlendirilmesi açısından hem ticari ve ekonomik hem de sosyal yönden büyük katkı sağlayacaktır.
Modifiye kitosan sentezi ve ilaç taşıyıcısı özelliklerinin incelenmesi
Kitosan iskeletine bağlayıcı amfifilik bileşik salisilaldehiddiol (SAD), nükleofilik reaktif salisilaldehid ve hidrofilik reaktif 2,3-epoksi-1-propanol (glisidol)'ün epoksit halka açılması tepkimesi ile yüksek verim ve regioseçicilikte sentezlendi.Kitosana değişen oranlarda SAD bağlayıcı grubun imin kondenzasyonu yöntemi ile kovalent bağlanarak üç adet kitosan türevi biyopolimer elde edildi. Sentezlenen modifiye kitosan biyopolimerlerden hidrojel (CSADJ1-3) ve film (CSADF1-3) formları hazırlandı. Kitosan SAD biyopolimerlerin yapıları Fourier Transform Infrared (FT-IR) spektroskopi, Nükleer Manyetik Rezonans (NMR), Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC), X-Işınları Kırınımı (XRD) verileri ile aydınlatıldı. Spektral veriler, SAD grubunun kitosan iskeletine bağlandığını açık bir şekilde göstermektedir. Taramalı Electron Mikroskobu (SEM) verileri hidrojellerin gözenekli bir yapıya sahip olduğu ve bağlayıcı grubunun artan oranıyla yapının gözenek boyutunun küçüldüğünü göstermektedir. CSADJ1-3 hidrojeller asidik ve bazik ortamda çözünmezken su tutmak suretiyle şişme özellikleri bulunmaktadır. Nötral pH değerlerinde hidrojellerin su tutma kapasiteleri sırasıyla CSADJ1, CSADJ2, and CSADJ3 şeklindedir. Termal gravimetrik analiz (TGA) ve DSC sonuçları hidrojel ve filmlerin termal olarak kararlı olduğunu göstermektedir. Hidrojellerin ilaç salınımını incelemek amacıyla ibuprofen model ilaç olarak seçilmiştir. CSADJ1-3 hidrojellerin ilaç salınım hızı gözenek yapılarına bağlı olarak değişmektedir. Suda düşük şişme oranı ve pH>3'te düşük çözünürlük sergileyen, herhangi bir plastikleştirici kullanılmadan sentezlenen CSADF1-3 filmleri; tıbbi cihazları korumak için ince tabaka sistemleri ve gıda ambalajları için önerilebilecek mekanik dayanıklıkta ve kalınlıkta hazırlandı. Bağlayıcı grup oranının biyopolimerik filmlerin termal kararlılıkları morfolojik yapıları, su tutma kapasiteleri ve çözünürlükleri gibi fizikokimyasal özellikleri üzerine etkili olmaktadır. Biyopolimerlerin fizikokimyasal özellikleri dikkate alındığında doku mühendisliği, yara iyileştirici reaktif, ilaç taşıyıcı ve salıcı sistemler, yüzey kaplayıcı malzeme vb. birçok biyomedikal alanda bu yeni modifiye kitosan malzemeler kullanılabilecektir.
Metalik implant malzeme yüzeylerinin elektropolimerizasyon yöntemi ile sentetik hidrojel polimerle kaplanarak biyouyumluluğun arttırılması
Bu çalışmanın amacı metalik implant malzeme olarak kullanılan 316L paslanmaz çeliğinin yüzeyini elektropolimerizasyon yöntemini kullanarak biyo-uyumlu poli (HEMA-GDMA) ile kaplayıp malzemenin biyolojik uyumluluğunu ve işlevselliğini geliştirmektir. Elektropolimerizasyon hücresinde, başlatıcı olarak (NH4)2S2O8 ve H2SO4, monomer olarak HEMA, çapraz bağlayıcı olarak GDMA, çalışma elektrotu olarak 316L paslanmaz çeliği, yardımcı elektrot olarak grafit elektrot ve referans olarak SCE (doymuş kalomel elektrot) kullanılmıştır. Ayrıca iletkenliği arttırmak amacı ile çözelti içerisine Na2SO4 ilave edilmiştir. Kaplamanın metal yüzeyine tutunmasını arttırmak için deney öncesinde kaplanacak olan numuneler yüzey hazırlama işlemlerine tabi tutulmuştur. Kaplamanın kalınlığı, homojenliği ve yüzeye yapışma özelliği kullanılan başlatıcı türüne ve uygulanan voltaj değerine bağlı olarak değişmektedir. Yapılan çalışmada bu parametreler optimize edilmeye çalışılmış ve değişik kalınlık ve yapışma özelliğine sahip kaplamalar elde edilmiştir Kaplama oluşumu ve yüzey morfolojisi optik mikroskop ve SEM ile incelenmiş ayrıca kaplamanın kimyasal karakterizasyonu FT-IR ve EDS ile tesbit edilmiştir. Yüzey pirofilometresi cihazından yararlanılarak kaplamaların pürüzlülük değerleri ve kalınlığı tespit edilmiştir.
Collagen/keratin/alginate based hydrogel delivering micro-RNA to modulate the angiogenic properties on human umbilical vein endothelial cells (HUVECs)
In the last years, the integration of genome editors and regulatory ribonucleic acids (RNAs) with biomaterials has gained attention, especially in the field of therapeutics and personalized medicine. This thesis study aimed to develop a functional, biocompatible, and micro-RNA carrying hydrogel based on collagen, keratin, and alginate for the modulation of angiogenesis. For this purpose, firstly keratin and collagen were isolated from waste human hair and bovine Achilles tendon, respectively. For both isolated proteins, all the characteristic peaks of keratin and collagen were observed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Two major bands were observed in human hair keratin samples at approximately 45 kDa and 63 kDa, while collagen samples gave four bands at around 300 kDa, 245 kDa, 135 kDa, and 100 kDa on SDS-PAGE. Col/Ker/Alg hydrogels with different ratios were prepared and their chemical, microstructural properties, percent porosity, in vitro hydrolytic degradation behavior, water uptake properties, in vitro protein release behaviors, and biocompatibility were characterized to optimize the hydrogels for the preparation of PEI:miR-21 plasmid complex loaded hydrogels for subsequent investigations. The hydrogel group consisting of 1% w/v of each component showed the highest swelling rate and porosity percentage (80.89%), the lowest degradation rate (only 15.19% at the end of 21 days), and better biocompatibility. The miR-21 expression vector was loaded onto this hydrogel group to be used as a gene-activated matrix (GAM) to observe the effects on HUVECs. To observe the effects of the complex and hydrogels on HUVECs, fluorescent microscopy, confocal laser scanning microscopy (CSLM), and RT-qPCR for gene expression analysis were conducted. miR-21, pro-angiogenic factor VEGFA, direct targets of miR-21 and PTEN, SPRY1, and SPRY2 were examined. In vitro studies revealed that hydrogels and over-expression of miR-21 were not toxic on cells and provided a successful transient transfection of HUVECs by observing green fluorescent protein (GFP) reporter. The migration of HUVECs into the hydrogel and the transfection was observed by CSLM and the GFP fluorescence signal increased from day 1 to day 4. Gene expression results for miR-21 were higher in the transfected groups (TCP control and PEI: plasmid loaded hydrogels) as expected. PTEN, SPRY1, and SPRY2 gene expression decreased in transfected groups since they are the direct targets of miR-21, yet VEGFA gene expression increased in those groups compared to the negative controls. In addition, regular tubular sprouting as seen in angiogenesis was not observed in any experimental groups.