Hesaplamalı ve deneysel yaklaşımlarla minosiklin baskılı hidrojellerin geliştirilmesi ve ilaç salım performanslarının değerlendirilmesi

Bu tezin amacı; göz tansiyonu, göz kuruluğu, kornea neovaskülarizasyonu gibi göz hastalıklarının tedavisinde ilaç salım özelliği taşıyan kontakt lens için uygun hidrojeller geliştirmektir. Hidrojeller yüksek su tutma kapasitesine sahiptir ve biyomalzeme olarak kullanılmaktadır. Hidrojellerin yüksek oksijen geçirgenliği ve uygun kırımım indisine sahip olmalarından dolayı, kontakt lenslerde kullanılmaktadırlar. Kontakt lensler görme bozukluklarının düzeltilmesinde, göz renginin değiştirilmesinde, ya da kornea hastalıklarının tedavisinde kullanılmaktadır. Göz hastalıklarının tedavisinde göz damlaları ve merhemler etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Kullanılan ilacın derişimi ve gözde tutulma süresi tedavinin etkili olabilimesi için önem taşımaktadır. Göz damlaları yaklaşık olarak %1-7 oranında gözde absorplanırken geri kalanı kan dolaşımına katılmakta ya da gözün dışına taşarak bir miktar ilaç boşa gitmektedir. Göz damlalarının kornea tabakalarına yeterli miktar da etki etmediğinden dolayı düşük ilaç biyorarlanımı oluşmaktadır. Yüksek dozlarda uygulanan ilaç ise kornea üzerinde toksik etki yaratmaktadır. Bu çalışmanın amacı şu anda kullanılan kornea neovaskülarizasyon tedavi yöntemlerindeki negatif etkileri ortadan kaldırmaktır. Moleküler baskılama polimer üzerinde büyük ya da küçük moleküle ait ilgili bölgeler yaratmak için kullanılan bir tekniktir. Moleküler baskılama yöntemi ile sentezlenmiş polimerler üzerinde bulunan boşluklar sayesinde hedef moleküle karşı seçicilik özelliği göstermektedir. Bu şekilde istenen moleküllerin hidrojel üzerine tutulumu baskılanmamış hidrojele oranla artış göstermektedir. Günümüzde moleküler baskılama teşhis, biyoayırma, sensör, protein immobilizasyonu gibi alanlarda uygulanmıştır. Kontrollü ilaç salımı üzerinde yapılan bilimsel çalışmalarda ise moleküler baskılama yönteminin avantajları keşfedilmiştir Bu çalışmada kontrollü ilaç salımında kullanılmak üzere hidrojel sentezi gerçekleştirilmiştir. Kontrollü salınım sistemlerinde etkin maddenin belirli aralıklarla bölgesel olarak önceden belirlenmiş oranlarda salınım yapmasıdır. Moleküler baskılama yöntemiyle ilaç yüklenen hidrojellerin ilaç yükleme salım çalışması yapılmıştır. Bu yöntem ile hedef moleküle karşı seçici özellikte boşluklara sahip hidrojeller oluşturulmuştur. Baskılanmak üzere minosiklin ilacı seçilmiştir. Çalışma hesaplamalı ve deneysel olmak üzere iki grupta yapılmıştır. Bilgisayarlı hesaplama ile monomerlerin seçimi ve monomer-ilaç etkileşimleri belirlenmiştir. Deneysel çalışmada, ilaç baskılı hidrojellerin sentezlenmiş, karakterize edişlmiş ve ilaç salım performansları belirlenmiştir. Hidrojellerin sentezinde kullanılmak üzere seçilebilecek fonksiyonel monomerler akrilik asit (AA), metakrilik asit, itakonik asit, 1 N etilakril amid, 1 N isopropil akril amid ve hidroksimetil akril amid olarak belirlenmiştir. Bu adaylar arasından iyi bir bir moleküler baskılama için uygun monomerlerin belirlenmesinde moleküler dinamik (MD) simülasyonları kullanılmıştır. MD hesaplamaları Materials Studio Forcite modülü ile yapılmıştır. Fonksiyonel monomer:minosiklin sitokiyometrik oranı deneylerdeki gibi 16:1 oranında alınmıştır. 5 nanosaniye uzunluğundaki MD çalışmaları 298 K'de gerçekleştirilmiş olup; sabit molekül sayısı, sabit hacim, sabit sıcaklık (NVT) şartlarında çalışılmıştır. Elektrostatik etkileşimler için 12 Å uzaklık alınmıştır. MD simülasyonları sonucunda itakonik asit ve hidroksimetil akrilamid minosiklin ile en iyi etkileşime sahip olan monomerler olarak belirlenmiştir. Ancak akrilik asit de minosiklin baskılaması için uygun bir monomer olarak görünmektedir. Prepolimerizasyon basamağında çapraz bağlayıcı oranının monomer-kalıp molekül arasındaki etkileşime etkisi MD çalışmaları ile belirlenmiştir. MD sonuçlarına göre, çapraz bağlayıcı-minosiklin etkileşimi çapraz bağlayıcı oranına bağlı olarak değişmektedir. Bu etkileşimler, deneysel sonuçlarla da desteklenmiştir. Çalışmanın deneysel kısmında, minosiklin baskılı ve baskısız hidrojeller sentezlenmiştir. %1, 2 ve 3 olmak üzere farklı çapraz bağ oranları çalışılmıştır. Hidrojel sentezinde ana zincir olarak hidroksi etil metakrilat (HEMA), fonksiyonel monomer olarak AA, çapraz bağlayıcı olarak etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) kullanılmıştır. Isıl başlatıcı olarak 2,2'-azobis(2,4-dimethyl-pentanenitrile) (Vazo52) seçilmiştir. Kalıp molekül olarak minosiklin baskılanmıştır. Sentez 45 ºC'de 24 saat boyunca serbest radikalik polimerizayon yöntemi ile yapılmıştır. Hidrojeller kaynar suda yıkanarak reaksiyona girmeyen monomerler temizlenmiştir. Daha sonra baskılanmış hidrojeller minosiklin moleküllerinden uzaklaştırılması için oksalik asit : asetonitril : metanol (hacimce 65:15:20) yıkama çözeltisi ile 24 saat süre ile yıkanmıştır. Sonrasında 24 saat metanol ile yıkanan hidrojeller 3 gün boyunca etüvde 37 ºC'de kurutulmuştur. Sentezlenen hidrojellerin yapısal karakterizasyonu Fourier dönüşümlü kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi ile yapılmıştır. Hidrojeller FT-IR sonuçlarına göre başarı ile sentezlenmiştir. Baskılı ve baskısız hidrojellerin şişme davranışları, yükleme ve salım sıcaklıkları olan 4 ºC ve 37 ºC'de gerçekleştirilmiştir. Her iki sıcaklıktada beklenildiği gibi çapraz bağlayıcı oranının artmasıyla hidrojellerin sudaki şişmesi azalmıştır. Hidrojeller 4 ºC ve 37 ºC'de farklı yüzde şişmelerine sahiptir. Sentezlenen hidrojellerin ısıl karakterizasyonu için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) kullanılmıştır. Çapraz bağlayıcı oranının hidrojellerin ısıl davranışlarını etkilediği belirlenmiştir. Baskılanmış ve baskılanmamış hidrojellerin her ikisinde de camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) çapraz bağlayıcı oranının artmasıyla artmıştır. Hidrojeller 4 ºC'de ilaç ile yüklenmiştir ve ilaç salım performanslarına % 0,9 NaCl çözeltisi (saline çözeltisi) içinde 37 ºC'de bakılmıştır. Çıkan sonuçlara göre %2 ve 3 oranında EGDMA içeren hidrojeller moleküler baskılanma özellikleri göstermektedir. Bu sonucun nedeni MD çalışmaları ile açıklanmıştır. Buna göre, %2 ve 3 oranında EGDMA içeren sistemlerde, AA asit ve ilaç arasındaki etkileşimlerin frekansı ve yoğunluğu %1 EGDMA çalışmalarına göre daha yüksektir. Bu nedenle, bu hidrojellerin baskılanma faktörü (IF) 1'den büyük olup, ilaç salım performansı baskılanmamış hidrojellere göre daha yüksektir. Ayrıca, %1 EGDMA oranına sahip hidrojele göre, %2 ve 3 EGDMA oranına sahip hidrojeller daha fazla miktarda minosiklin molekülü ile yüklenebilmiştir.