Preparation and characterization of gene and drug delivery systems - Bostan, Müge Sennaroğlu (My University, 2015)
GEN VE İLAÇ TAŞIYICI SİSTEMLERİN HAZIRLANMASI VE KARAKTERİZASYONU Kitosan ve kitosan türevleri, DNA taşıyıcı sistemlerde non-viral vektör ve kanserli hücrelere ilaç taşıyan ajanlar olarak kullanılan, ve iyi bilinen polimerlerdir. Kitosanın temel eksikliklerinden bazıları suda düşük çözünürlük ve düşük transfeksiyon verimine sahip olmalarıdır. Bu eksiklikler molekül ağırlığını düşürerek, amin gruplarını kuaternize ederek ve daha sonrasında polietilen glikol grupları takılarak giderilebilir. Polietilen gruplarının ilavesi nanopartiküllerin retiküloendotelyal sistem tarafından yakalanmalarını azaltarak sirkülasyon sürelerini artırmaktadır. Bunlara ek olarak folik asit ligandlarının PEG grupları takılmış kitosana konjugasyonu ise tümör hücrelerinin üzerinde aşırı miktarda bulunan folik asit reseptörleri tarafından seçiciliklerine sebep olmakta ve gen transfeksiyon verimi ile ilaç taşıyıcı etkinliğini artırmaktadır. Bu tezin kapsamında, folik asit ve PEG bağlanmış düşük molekül ağırlığına sahip kuaternize kitosan (LMWCH-GTMAC-PEG(6000)-FA), hem hedeflendirilmiş plasmid DNA taşıyıcı olarak, hem de tümör hücrelerine paklitaksel taşıyan çapraz bağlı kor nanopartiküllerin kabuğunu oluşturmak amacıyla sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir Karakterizasyon GPC-LS, ıH-NMR spektroskopisi, DSC ve UV spektrofotometresi ile gerçekleştirilmiştir. Düşük molekül ağırlıklı kitosanın ortalama molekül ağırlığı, kuaternizasyon derecesi ve polietilen glikol takılma derecesi sırasıyla; 7000 g/ mol, % 28 ve % 83 olarak bulunmuştur. Folik asitin polietilen glikol gruplarının neredeyse tamamına takıldığı düşünülmektedir. Negatif yüzey yüküne sahip ve paklitaksel taşıyan çapraz bağlı kor (ptxcore) yeni bir sentez stratejisi ile hazırlanmış ve LMWCh-GTMAC-PEG-FA ile kaplanarak paklitaksel yüklü kor-kabuk (ptxkor-shell) nanopartikülleri oluşturulmuştur. Çapraz bağlanmış kor kısım, 2-Akrilamido-2-metilpropan sulfonik asit ile fonksiyonlandırılmış ve lesitin esaslı polimerleşebilir iyonik bir kompleksten hazırlanmıştır. UV başlatıcı olarak 2,2-Dimetoksi-2-fenilasetofenon ve ilaç tutucu polimer olarak vinillenmiş poli-(-kaprolakton)-diol (1250 g/ mol), tween 80 emülgatörü varlığında kullanılmıştır. Diğer taraftan kor-kabuk yapısının floresans mikroskopu altında görüntülenmesinde florescein sodyum tuzu kullanılmıştır. In vitro ilaç salım çalışmaları, paklitaksel yüklü kor nanopartiküller ve paklitaksel yüklü kor-kabuk nanopartiküller için gerçekleştirilmiş ve sonuçlar kor-kabuk yapısındaki nanopartiküllerin kor yapısındaki nanopartiküllere kıyasla açıkça daha iyi stabilite ve uzun sirkülasyon sürelerine sahip olduklarını göstermiştir. Paklitaksel yükleme ve enkapsülasyon verimi, sırasıyla %31 ve % 97 olarak hesaplanmıştır. DSC çalışmaları paklitakselin nanopartiküller içerisinde tamamen amorf fazda ve homojen olarak dağıldığını göstermiştir. Elde ettiğimiz veriler paklitaksel yüklü çapraz bağlı lesitin-AMPS esaslı kor ve LMWCh-GTMAC-PEG(6000)-FA esaslı kabuktan oluşan nanopartiküllerin kontrollü ilaç salımında kullanılabilecek faydalı yeni bir yöntem olduğunu göstermiştir. Ayrıca, LMWCh-GTMAC-PEG-FA ve pDNA nanopartikülleri amin / fosfat oranı 0.5, 1, 3, 5, 10 ve 20 olacak şekilde self assembly yöntemine göre hazırlanmış ve agaroz jel elektroforez sonuçları vektör ile pDNA arasında kompleksleşmenin olduğunu göstermiştir.

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF GENE AND DRUG DELIVERY SYSTEMS Chitosan and chitosan derivatives are well known polymers used as non-viral vectors for DNA delivery systems and as drug delivering agents to cancerous cells. The main drawbacks of chitosan include their poor water solubility and low transfection efficiency. These drawbacks can be overcome by lowering molecular weight, quaternization of amine groups and further PEGylation. The addition of PEG to NP s reduces the reticuloendothelial system (RES) uptake and increases circulation time. Additionally, conjugation of folic acid ligands with PEGylated chitosan improves gene transfection and drug delivery efficiency due to the selective uptake by overexpressed folic acid receptors present on tumor cells. Within the scope of this thesis, folic acid and PEG conjugated low molecular weight quaternized chitosan (LMWCh-GTMAC-PEG-FA) which would be used for both the targeted plasmid DNA delivery and as shell for the paclitaxel carrying crosslinked core NPs to tumor cells was synthesized and characterized. Characterization was performed by GPC-LS, ıH-NMR spectroscopy, DSC and UV spectrophotometer. The average molecular weight of low molecular weight chitosan (LMWCh), the degree of quaternization and degree of PEGylation were found to be 7000 g/ mol, 28% and 83% respectively. Folic acid was thought to attach nearly all of the PEG groups. The negatively charged surface and paclitaxel loaded croslinked core (ptxcore) were prepared using a novel synthesis strategy and coated with LMWCh-GTMAC-PEG-FA to form paclitaxel loaded core-shell (ptxcore-shell) NPs. The crosslinked core was prepared by the UV polymerization of lecithin based polymerizable ionic complex which was functionalized with 2-Acrylamido-2-methylpropane (AMPS). 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) was used as UV initiator and the vinylated poly-(-caprolacton)-diol (1250 g/ mol) was used as a polymeric drug-spacer in the presence of emulsifier tween 80. On the other hand, fluorescein sodium salt was used to visualize core-shell structure under fluorescence microscopy. The in vitro drug release studies were performed for both paclitaxel loaded core NPs and paclitaxel loaded core-shell NPs, and results clearly revealed that core-shell NPs versus core NPs have a better stability and prolonged circulation time. The paclitaxel loading and encapsulation efficiencies were calculated as 31% and 97%, respectively. It was understood from DSC studies that paclitaxel was fully in amorphous phase and homogenously dispersed in the NPs. Our data suggested that the paclitaxel loaded crosslinked lecithin-AMPS based core and LMWCh-GTMAC-PEG-FA shell NPs might be a useful new controlled release drug delivery system. Besides, LMWCh-GTMAC-PEG-FA and pDNA NPs were prepared by self-assembly method at amine/ phosphate ratios of 0.5, 1, 3, 5, 10 and 20. Agarose gel electrophoresis results revealed complexation between vector and pDNA.
Keywords: Kimya Mühendisliği