Smart polymer nanostructures from renewable resources for biomedical applications

Abstract

Sıcaklığa duyarlı hidrojeller, ilaç salım sistemlerinde aktif olarak rol alan polimerik yapılardır. Bu hidrojellerin sentezinde genellikle kimyasal kökenli materyaller kullanılmaktadır. Ancak ilaç salım sistemlerinin vücutta kontrollü ilaç salımı sağlayabilmesi için biyouyumlu ve biyobozunur özellikler taşıması gerekmektedir. Ekonomik sürdürülebilirlik kapsamında yenilenebilir kaynakların kullanımı büyük önem taşımaktadır. Kullanılan materyallerin çevre döngüsünde yer alabilmesi için hidrojellerin yenilenebilir kaynaklardan elde edilen materyallerden sentezlenmesi, bu tezin asıl amacını oluşturmaktadır. Sıcaklığa duyarlı hidrojellerin bakteriyel selüloz, hint yağı ve türevlerinin kullanılarak sentezlenmesi, karakterizasyonu, ilaç yükleme ve salım performanslarının değerlendirilmesi, in vitro şişme davranışlarının ve sitotoksisite testlerinin incelenmesi, bu çalışmanın temel bölümlerini oluşturmaktadır. Hidrojel sentezinde bitkisel ve mikrobiyal materyallerin kullanımı ile biyouyumluluk ve biyobozunurluk özelliklere sahip ilaç salım sistemlerinin elde edilmesi mümkün kılınmıştır. Model ilaç molekülü olarak kuersetin kullanılmıştır. Kuersetinin sulu çözeltilerde var olan çözünürlük problemlerinin çözümüne yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Hidrojellerin ilaç salım oranları irdelenerek ilaç salımına etki eden parametreler öne çıkarılmıştır. Şişme denemeleri ile hidrojellerin dayanıklılığı irdelenirken sitotoksisite çalışmaları ile de hidrojellerin ve kullanılan bileşiklerin hücrelerle uyumu araştırılmıştır. Yenilenebilir kaynaklardan sentezlenen hidrojellerin özellikleri ile kimyasal kökenli materyallerden elde edilen hidrojellerin performansları karşılaştırıldığında elde edilen sonuçlar, yenilenebilir kaynaklı materyallerin sıcaklığa duyarlı hidrojel sentezinde aktif olarak yer alabileceğini göstermiştir. Bu çalışma, bitki ve bakteri kökenli ham maddelerin biyomedikal uygulamalar için önemini vurgulayan öncü bir çalışmadır.

Thermoresponsive hydrogels are polymeric structures that play an active role in drug delivery systems. Conventional raw materials are generally used in the synthesis of the hydrogels. They should have biocompatible and biodegradable properties to be employed in the body as controlled drug release systems. The use of renewable resources has great importance within the scope of economic sustainability. For that reason, the synthesis of the thermoresponsive hydrogels with renewable sources is the main purpose of this thesis. So, the materials used in the hydrogel synthesis can be involved in the environmental cycle.Synthesis of temperature-sensitive hydrogels using bacterial cellulose, castor oil and derivatives, evaluation of drug loading and release performances, examination of in vitro swelling behaviors, and cytotoxicity trials are the main parts of this study. It is possible to obtain drug release systems with high biocompatibility and biodegradability characters by using plant and microbial based materials in hydrogel synthesis. Quercetin was used as a model drug molecule. The studies on the dissolution problems of quercetin were performed.Drug release ratios of hydrogels were investigated and the parameters that affect drug release characters were highlighted. The durability of the hydrogels was examined by swelling performances. The biocompatibility of hydrogels and starting materials was investigated by cytotoxicity tests.According to the results, novel thermoresponsive hydrogels were successfully synthesized with renewable resources. This study is a pioneering study that highlights the importance of plant and bacteria based materials for biomedical applications.