Hedefli kanser tedavisine yönelik kil katkılı nanopartikül üretimi ve modellenmesi

İnsanın çevresel ve biyolojik etmenler nedeni ile yaşamı boyunca sağlığı bozulmakta, çeşitli hastalıklara maruz kalmaktadır. Günümüzde insanları en çok tedirgin eden ve tıp/ farmakoloji bilimi çevrelerince de en çok araştırma konusunu oluşturan, kanser hastalığı ve türlerinin tedavi yöntemleri çalışmalarıdır. İnsanlar bu hastalıkların tedavisi için doktor tavsiyesinde ilaçlı/ilaçsız farklı terapilere başvurmaktadır. Çoğunluğu ilaç ile olan bu tedavilerde, ilacın yan etkileri ve hasta-uyumlu olması çok önem arz etmektedir. Bilim insanları da sürekli, hem deneysel hem klinik olarak daha etkili; doğru ilacı, uygulama dozajını ve şeklini bulmanın araştırmalarını sürdürmektedir. Ancak, kanser kemoterapisinde kullanılan ilaçların hem kimyasal yapıları hem de uygulama sıklığı hastada kemik erimesi, saç dökülmesi gibi yan etkilere sebebiyet vermekte ve iyileşme süresini de uzatabilmektedir. Son yıllarda ilaç taşıma sistemleri konulu birçok çalışma gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu araştırmalarda temel amaç, tedavide kullanılan etken maddelerin daha az yan etkili ve biyo uyumlu kompozitlerle hastaya verilmesi ve tedavi süresinin kısaltılması yönünde olmaktadır. Bu ilaç taşıma sistemleri ağız yoluyla (oral) gerçekleştirildiği gibi özellikle kanser tedavileri için uygun olan damar yolu (i.v.) ile de yapılabilmektedir. Günümüzde yetkili merciler tarafından klinikte kullanımı onaylanan nano-ilaç taşıma sistemlerinin çoğu amfifilik malzemelerden oluşan ve kendiliğinden birleşme (Self Assembly; SA) özelliğine sahip olan küreciklerden ibarettir. Bu amfifilik malzemeler arasında Poli laktik ko-glikolik asit (PLGA) günümüzde iyi profili ile en bilinen polimerik yapılardan biridir. PLGA ve benzeri malzemelerden oluşan ilaç taşıma sistemleri, birçok avantaja sahip iken, "kendiliğinden birleşme" davranışının bir dezavantajı olarak, hızlı kan akışında dağılarak, taşıdıkları ilacı tümör bölgesine varmadan serbest bırakırlar. Bu sorunu en aza indirgemek ve daha kararlı bir formülasyon geliştirmek için doğal kil mineralinin tabakalı yapısından birleştirici klips gibi yararlanılabilir. Sodyum-Montmorillonit (Na-MMT) biyo-uyumlu, kolay elde edilebilir ve amfifilik materyallerle etkileşebilen tabakalı bir yapıdır. Hedefli kanser tedavisi için nanopartikül boyutunun 200 nm civarında olması gerektiği açıklanmıştır. Ancak bugüne kadar yapılmış olan çalışmalarda genelde 300 nm civarında partiküller üretilmiştir. Dolayısıyla bu ihtiyacı karşılamak için bu çalışma gerçekleştirilmiştir. Pasif hedeflendirme, ilgili dokunun fizyolojik özellikleri dikkate alınarak gerçekleştirilmektedir. Hastalıklı olan bölgedeki kan damarlarının çeperini oluşturan endotelyal hücrelerinin arasındaki mesafenin normalinden daha büyük olması nanotaşıyıcının pasif olarak bu bölgeye sızmasını ve birikmesini sağlamaktadır. Böylece etkin madde gelişmiş geçirgenlik ve alıkonma etkisi (EPR) sayesinde pasif hedeflendirilmiştir. Bu çalışmadaki hedefimiz de kil katkılı olarak 200 nm altında üretilecek nanopartikülün doğal akışı içerisinde pasif olarak kanserli bölgeye hedeflendirmekti. Bu hedef doğrultusunda bu tez çalışması deneysel ve teorik olarak iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar öncelikle 122nm boyuta sahip olan PLGA/Na-MMT kompoziti elde edilerek başlanmıştır. Daha sonra bu nanokompozitin ilaç taşıma davranışını incelemek üzere, anti-kanser özelliği ve spektrofotometrik ölçümlerdeki kolay kullanımı ile bilinen, Curcumin, bu kompozitlere yüklenmiştir. Bu kapsamda boş kürecik elde etmek için öncelikle Na-MMT' in boyutu mekano-fiziksel yollarla nanometre ölçeğine indirgenmiştir. İlaç taşıyan partiküllerin üretiminde ise önce Curcumin PLGA' ya aseton ortamında yüklenip daha sonra saf su ortamında hazırlanmış olan kil ile Diyaliz Membranı (DM) kullanılarak misel formunda sağlam yapılı bir nanokompozit elde edilmiştir. Yapılan karakterizasyon çalışmaları sonucunda bu nanokompozitin 1ml'de 1250 μg Curcumin taşıma kapasitesi olduğu, bu miktardan 812 μg'ın efektif olarak nano taşıyıcının içinde olduğu sonuçları elde edilmiştir. Bu formülasyonun MCF-7 hücre soyu üzerinde gösterdiği IC50 değeri 100μg olarak tespit edilmiş ve boş nano taşıyıcının L-929 fibroblast hücreleri üzerinde dikkat çekici toksik etkisi gözlenmemiştir. Benzer çalışmalar 5-Flourourasil ilacı ile de tekrarlanmış ve bu ilacın da hazırlanan kompozit ile taşınabildiği ve toksik etkisinin olmadığı ortaya konmuştur. Tez kapsamındaki teorik çalışmaların ana hedefi ise deneysel olarak üretilmiş olan bu kompozitin bileşenlerinin atomik ölçekte biribiri ile olan ilişkisini ortaya koymaktı. İlk olarak kuantum mekanik hesaplamalar ile PLGA polimerinin yapı taşları arasındaki dizilimin ne şeklinde olduğu açıklanmaya çalışılmış daha sonra sırasıyla Curcumin ve MMT ile olan moleküler arası etkileşimleri hesaplanmıştır. Bu hesaplar neticesinde elde edilen bağlanma enerjileri her üç bileşenin de birbiri ile etkileştiğini ortaya konmuştur. Ancak daha kesin ve doğru sonuç vermesine karşın deneysel kurguya daha çok yakınlaşmak ve etkin mekanizmayı açıklamak amacıyla Moleküler Dinamik (MD) simülasyonları da gerçekleştirilmiştir. Curcumin ile yapılmış kuantum hesaplamaları ve moleküler dinamik benzetimleri birlikte değerlendirildiğinde, kilin Curcuminle daha güçlü bir etkileşim halinde olduğunu ve PLGA' nın ise Curcuminle yakın temasta olan kil tabakasını sarmalamaya çalıştığı sonucuna varılmaktadır. Aynı zamanda, Curcumin moleküllerinin tümünün kil yüzeyine yerleşmediği bir kısmının PLGA sarmalı içerisinde de yer aldığı da gözlemlenmiştir. Benzer sonuçlar 5-FU ilacı için de gözlenmiştir. Bu teorik çalışmalarda H-bağları, van der Waals ve Coulomb etkileşimleri gözlenmiş ancak en etkini elektrostatik etkileşimler olduğu saptanmıştır. Sonuç olarak, tez çalışması boyunca yapmış olduğumuz deneysel çalışmalarımızda ilk olarak tamamen fiziksel yollarla kil minerali nano boyuta indirgenmiştir. Bu partiküller vasıtasıyla hazırlanan nano kompozitin hedefli kanser tedavisinde kullanılabilecek formda olduğu ortaya çıkarılmıştır. Öte yandan yapılmış olan atomistik modellerden de kilin ilaç ve PLGA için uygun bir yüzey olduğu ve ilaç taşımanın yanında salımına da katkı sağladığı belirlenmiştir.