Development of chitosan-based delivery systems for biomedical applications

Kitosan bazlı dağıtım sistemleri, kitosanın biyouyumluluk, biyobozunurluk, düşük toksisite, düşük immünojeniklik ve katyonik yapısı gibi benzersiz fizikokimyasal özellikleri nedeniyle artan bir ilgi kazanmıştır. Kitosanın bu arzu edilen özellikleri onu doku mühendisliği, yara tedavisi, gen ve ilaç dağıtım sistemleri de dahil olmak üzere çeşitli biyomedikal uygulamalarda avantajlı bir biyomalzeme haline getirmiştir. Bu yüksek lisans tezi, kitosanı nanoparçacık bazlı gen dağıtım sistemi ve biyo-hibrid mikrorobotik tasarımda potansiyel ilaç taşıyıcısı olarak incelenmektedir. Bu tezin ilk bölümünde, PEG zincir uzunluğu, PEG konsantrasyonu ve nanoparçacık konsantrasyonu olmak üzere üç bağımsız değişkenin plazmid DNA yüklü ve PEGile kitosan nanoparçacıkların transfeksiyon verimi üzerine olan etkileri sistematik olarak incelenmiştir. İlk olarak, farklı PEG zincir uzunlukları (2, 5 ve 10 kDa) ve PEG konsantrasyonları (25 mg kitosan başına 4, 8, 12, 15 ve 20 μmol PEG) kullanılarak çeşitli PEGile chitosan polimerleri sentezlenmiştir. Farklı PEGile chitosan türevleri, tümör nekroz faktörü (TNF) α-aracılı apoptoz-indükleyen ligand (TRAIL) yerleştirilmiş plazmid DNA ve çapraz bağlama maddesi kullanılarak nanoparçacıklar sentezlenmiştir. Sentezlenen nanoparçacıklar, dinamik ışık saçılımı ve taramalı elektron mikroskobu ile karakterize edilmiştir. Sentezlenen nanoparçacıklar HEK293-T hücreleri ile inkübe edildikten sonra ya yeşil floresan protein ekspresyonu ya da TRAIL protein miktarı ölçülerek deneysel olarak araştırılmıştır. Bu deneysel veri setinde; (i) PEG zincir uzunluğu, (ii) PEG konsantrasyonu ve (iii) nanoparçacık konsantrasyonu giriş değişkenleri, yeşil floresan protein ekspresyonu ise çıkış değişkeni olarak kullanmış ve yapay bir sinir ağı modeli geliştirilmiştir. Bu hesaplama modeli yardımıyla, nanoparçacıkların farklı değişkenlere göre transfeksiyon verimleri daha az deneysel çaba ile sistematik olarak analiz edilmiştir. Genel olarak bu bölüm, PEG zincir uzunluğu, PEG konsantrasyonu ve nanoparçacık konsantrasyonunun nanoparçacıkların transfeksiyon verimi üzerindeki etkisini araştırmakta ve her bir parametrenin gen dağıtım çalışmaları üzerindeki etkisini analiz etmek için bir hesaplama aracı olarak yapay sinir ağlarını kullanmaktadır. Bu tezin ikinci bölümünde, C.reinhardtii'nin negatif yüklü membranına bağlanan, pozitif yüklü kitosan polielektrolitleri ve süper-paramanyetik kitosan kaplı demir oksit nanoparçacıklarını (SPIONP'ler) içeren yeni bir biyo-hibrid alg mikro yüzücü tasarımı rapor edilmiştir. Literatürdeki biyo-hibrid tasarımların çoğu, %10'dan daha az sınırlı kaplama verimliliğine sahiptir. Burada bildirdiğimiz yeni biyo-hibrid tasarımı ise %90'dan fazla kaplama verimine sahiptir. Bu bölümde, ilk önce manyetik nanoparçacıklar mikroalg zarına sadece kitosan polielektrolitleri varlığında bağlanabilmiştir. Kargo bağlantısı için gerekli olan deneysel koşullar, C.reinhardtii'nin doğal hareketliliğinden ödün vermeyecek şekilde optimize edilmiştir. Kargoların C.reinhardtii yüzeyine bağlanması floresan mikroskopi, taramalı elektron mikroskobu, enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi kullanılarak kanıtlanmıştır. Ek olarak, kaplanmış mikro algler, bu yeni tasarım ile doğal hareketliliğini ve ışığa duyarlı davranışını korumuştur ve mikroalglerin bu davranışları onları kontrollü bir şekilde harekete geçirmek için kullanılabilir. Genel olarak bu bölüm, kontrollü ilaç teslimi uygulamaları için büyük bir umut vaat eden yeni bir biyo-hibrid alg mikro yüzücü tasarımını rapor etmektedir.