Polyphenol loaded Halomonas levan based microneedles for prevention of joint inflammation in rheumatoid arthritis

Abstract

Sağlıklı bir bağışıklık sisteminin en önemli özelliği, kendi ve ben olmayanı ayırt etme yeteneği, yani bağışıklık toleransıdır. Otoimmün bozukluklar, bu toleransın bozulmasıyla bağışıklık sisteminin yanlışlıkla vücuttaki sağlıklı dokulara saldırmasıyla ortaya çıkan hastalıklardır. Romatoid artrit (RA), nüfusun %1'ini etkileyen, çoğunlukla eklemlerdeki inflamasyonla, ileri safhalarda ise cilt, göz, kalp, böbrek ve akciğer gibi vücudun diğer kısımlarında da komplikasyonlara neden olabilecek ciddi bir otoimmün hastalıktır. RA için mevcut tedavi yöntemleri, temel olarak bağışıklık sistemini baskılayarak semptomların giderilmesini amaçlamaktadır. Ancak çoğunlukla sürekli ve özellikle hastalığın alevlenme dönemlerinde yüksek doz kullanım gereksinimi, bu yöntemlerden kaynaklanabilecek yan etki riskini artırmaktadır. Levan, doğada çeşitli mikroorganizmalar ve bitkiler tarafından üretilen β-2,6 bağlı bir fruktoz ekzopolisakkaritidir. Biyouyumluluk, yüksek su tutma kapasitesi ve yapışkanlık özelliklerinin yanında antioksidan, antiinflamatuvar, antikanserojen vb. biyoaktiviteleri onu ilaç sektöründen gıda sektörüne ilgi odağı hale getirmektedir. Oleuropein (OLE), hidroksitirosol aktif maddesi ile kardiyovasküler ve nöro koruyucu, antikanser, antiinflamatuvar ve antioksidan özellikler sunan zeytin yağı ve yapraklarının ana fenolik bileşiklerinden biridir. Bu tez çalışmasında, levan bazlı foto çapraz bağlanmış mikroiğneleri DLP tekniği ile üretmek, bunların morfolojik, reolojik, şişme ve jel fraksiyonu özelliklerinin, oleuropein yüklenmiş mikroiğnelerin salınım davranışının ve mikroiğnelerin hücreler üzerindeki sitotoksisitesinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu hususta, tamamen levan bazlı mikroiğneler (L1G0), farklı oranlarda LevMA-GelMA oranlarına sahip kompozitler (L3G1, L1G1, L1G3) ve GelMA mikroiğneleri (L0G1) biyouyumlulukları, mekanik ve morfolojik özellikleri bakımından karşılaştırılmıştır. Mikroiğnelerin tamamı PCS hücrelerinde %80'in üzerinde canlılık gösterirken, levan bazlı mikroiğneler GelMA mikroiğnelerine göre yüksek şişme kabiliyeti, jel fraksiyonu ve daha esnek bir yapı göstermiştir. Çalışma sonucunda, RA hastalığında eklem inflamasyonunu engelleyebilecek potansiyelde biyouyumlu, eklem bölgesinin dinamik yapısına uyum sağlayabilecek esneklikte ve antiinflamatuvar etki göstermesi beklenen oleuropeinin kontrollü ve yavaş salınımını sağlayabilecek levan bazlı mikroiğneler üretilmiştir.

The most important feature of a healthy immune system is the ability to distinguish between self and non-self, in other words, immune tolerance. Autoimmune disorders are diseases that occur when this tolerance is disrupted and the immune system mistakenly attacks healthy tissues in the body. Rheumatoid arthritis (RA) is a serious autoimmune disease that affects 1% of the population and can cause inflammation mostly in the joints and complications in other parts of the body, such as the skin, eyes, heart, kidneys, and lungs, in advanced stages. Current treatment methods for rheumatoid arthritis mainly aim to relieve symptoms by suppressing the immune system. However, the need for continuous and especially high-dose use during flareups of the disease increases the risk of side effects that may arise from these methods. Levan is a β-2.6-linked fructose exopolysaccharide produced by various microorganisms and plants in nature. In addition to its biocompatibility, high water retention capacity, and adhesive properties, its antioxidant, anti-inflammatory, anti-carcinogenic, etc., bioactivities make it a focus of interest from the pharmaceutical sector to the food sector. Oleuropein (OLE) is one of the main phenolic compounds of olive oil and leaves, which offers cardiovascular and neuroprotective, anticancer, anti-inflammatory, and antioxidant properties with its hydroxytyrosol active substance. In this thesis study, it was aimed to produce levan-based photo-crosslinked microneedles using the DLP technique, to investigate their morphological, rheological, swelling, and gel fraction properties, the release behavior of oleuropein-loaded microneedles, and the cytotoxicity of microneedles on cells. In this regard, completely levanbased microneedles (L1G0), composites with different LevMA-GelMA ratios (L3G1, L1G1, L1G3), and GelMA microneedles (L0G1) were compared in terms of their biocompatibility, mechanical and morphological properties. While all microneedles showed over 80% viability in PCS cells, levan-based microneedles showed higher swelling ability, gel fraction, and a more flexible structure compared to GelMA microneedles. As a result of the study, levan-based microneedles were produced that are potentially biocompatible, flexible enough to adapt to the dynamic structure of the joint area, and able to provide controlled and slow release of oleuropein, which is expected to have an anti-inflammatory effect and can prevent joint inflammation in RA disease.