Design of chitosan-based carriers for biomedical engineering applications

Kitosan bazlı malzemeler, kitosanın biyoçözünürlük, biyouyumluluk ve katyonik yapısından dolayı büyük bir ilgi kazanmıştır. Özellikle, kitosan bazlı ilaç/gen salım sistemleri çeşitli hastalıkların tedavisi için umut verici bir alternatif haline gelmiştir. Bu yüksek lisans tezi kitosan bazlı nanoparçacık ve mikrorobotik ilaç taşıyıcıları hakkında çalışmalar içermektedir. Bu tezin ilk kısmındaki amaç, iyonik olarak çarpraz bağlanmış stabil kitosan nanoparçacıkları sentezlemektir. İyonik olarak çarpraz bağlanmış kitosan nanoparçacıkları katyonik yapıları ve 100 nanometre altında sentezlenebilmeleri sebebi ile özellikle nanotıp alanında büyük potansiyele sahiptir. Fakat, kitosanın nötral ortamdaki düşük çözünürlüğü kitosan nanoparçacıkların klinik aşamaya geçememesindeki en büyük engeldir. Kitosanın polietilen glikol (PEG) ile kimyasal modifikasyonu, kitosanın nötr ortamdaki çözünürlüğünü arttırmak için bilinen bir yöntemdir, fakat PEG zincir uzunluğu ve kitosan/PEG oranının kitosan nanoparçacıklarının boyut ve zeta potansiyelleri üzerindeki etkileri bilinmemektedir. Bu bölüm, PEG zincir uzunluğu ve kitosan/PEG oranının nanopartiküllerin boyut ve zeta potansiyeline etkisinin sistematik bir analizini sunmaktadır. PEGlenmiş kitosan polimerleri nanoparçacık sentezinden önce farklı PEG zincir uzunlukları ve kitosan/PEG oranlarında hazırlanmıştır. PEG zincir uzunluğu (2, 5 ve 10 kDa), kitosan/PEG oranı (25 mg kitosan başına 4, 12 ve 20 μmol) ve pH (6.0-7.4) parametrelerinin kitosan nanoparçacıkları üzerine etkileri araştırılmıştır. Deneysel parçacık boyutu ve zeta potansiyeli verileri elde edikten sonra, başka parçacık gruplarının boyut ve zeta potansiyellerini tahmin edebilmek amacıyla yapay sinir ağları kurulmuştur. Yapay sinir ağları, nanotıpta sistemin içsel özelliklerini varolan deney sonuçlarına göre tahmin edebilmeye yarayan bir modelleme yöntemidir. Örneğin, nanoparçacıkların, boyut ve zeta potansiyelleri geçmiş deneysel gözlemlere dayanarak farklı gruplar için tahmin edilebilir. Bu çalışmada yapay sinir ağı modelini kullanılarak deneyi yapılmamış nanoparçacıkların boyut ve zeta potansiyelleri tahmin edilmiştir. Zeta potansiyelleri yüksek nanoparçacıklar HEK293-T hücre hattıyla daha fazla etkileşime geçmiştir ve bu etkileşim yapay sinir ağı modeliyle önceden tahmin edilmiştir. Genel olarak, bu bölüm kitosanın PEG ile reaksiyonunu, PEGlenmiş kitosan nanopartiküllerin sentezini kapsamlı bir şekilde sunmaktadır. Ek olarak yapay sinir ağı modeli ile tasarlanmış nanoparçacıkların elde edilebileceğini ve hücre ile etkileşimlerinin bu model ile tahmin edilebileceği gösterilmiştir. Tezin ikinci bölümünde plazmid DNA yüklü ve tümöre seçici peptit ile modifiye edilmiş kitosan nanoparçacıkları sentezlenmiştir. Peptit modifikasyonu ve DNA yüklenmesi birtakım tahliller ile onaylanmıştır. Bu parçacıklar gelecekte gen aktarım ve kanser terapisi alanlarında kullanılacaklardır. Tezin üçüncü kısmında ise, magnetik uyarımla harekete geçebilen ve ışık ile uyarımlı bir şekilde kemoterapi ilacı salımı yapabilen kitosan bazlı bir mikrorobotik sistemi geliştirilmiştir. Mikrorobotlar kitosan kullanılarak iki-foton lazer yazım tekniği ile magnetik polimer nanokompoziti şeklinde üretilmiştir. Mikroyüzücülerin üzerinde bulunan amino grupları, ışık ile kırılabilen bir molekül aracılığıyla doksorubisin ile modifiye edilmiştir. Mikrorobotların kontrollü hareket kabiliyeti döner manyetik alan altında gösterilmiştir. 365 nm dalgaboyunda, ışık tetiklemesi ile doksorubisinin %65'i 5 dakika içerisinde salınmıştır. Ek olarak, kitosan mikroyüzücülerin enzimatik çözünürlüğü 204 saat içerisinde gösterilmiştir. Tezin bu bölümü ışıkla tetiklemeli ilaç salımı ve manyetik mikrorobotik hareket kabiliyetinin bir kombinasyonunu sunmaktadır. Genel olarak bu tezde, kitosan bazlı malzemelerin çeşitli formlarda üretilebildiği gösterilmiştir. Elde ettiğimiz sonuçlar, kitosan bazlı bu malzemelerin çeşitli biyomedikal uygulamalar için umut verici olduğunu göstermiştir.