Publication: İlaç taşıyıcı sistemler olarak tek-zincir polimer nanopartiküller / Single-chain polymer nanoparticles as drug delivery systems
Files
Program
Institution Authors
Authors
BATU, HATİCE KÜBRA
Advisor
TEMEL, BİNNUR
Date
Language
Type
Publisher
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Abstract
Nanoteknolojinin artan cazibesi ile hassas boyut kontrolü ve özel olarak işlevselleştirmeye izin veren nano boyutta nesnelerin üretimi için sentetik teknikler geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu amaçla, polimer zincirlerinin mimari olarak tanımlanan nanoyapılara çökmesi veya katlanması ile oluşturulan tek-zincir polimer nanopartiküller (SCNP) polimer biliminde son yirmi yılda gelişmekte olan ve günümüzde hızla büyüyen bir araştırma konusudur. Ultra küçük çapraz-bağlı nanopartiküller olan SCNP'ler, yüksek seyreltme koşullarında zincir içi çapraz bağlanma yoluyla lineer polimer zincirlerinin ayrı ayrı katlanması veya çökmesi ile elde edilir. SCNP'ler geleneksel polimer nanopartiküllerden çok daha küçük 1-20 nm boyutunda polimer nanopartiküllerinin oluşumuna olanak sağlar. Son yıllarda bu alana olan ilgi kataliz, sensörler, nanoreaktörler ve biyotıp alanı da dahil olmak üzere SCNP'nin çeşitli potansiyel uygulamaları nedeniyle artmaya devam etmektedir. Özellikle ortaya koydukları çok çeşitli uygulamaların bir sonucu olarak, biyotıp alanında herhangi bir araştırma konusu için umut verici nanotaşıyıcılardandır. SCNP'nin oluşumu için bir dizi sentetik metodoloji kullanılmıştır. Örneklerin çoğu seyreltik polimer çözeltilerinde (tipik olarak <1 mg mL-1) postpolimerizasyon modifikasyon reaksiyonlarını içermektedir. Postpolimerizasyon çapraz bağlama reaksiyonları tipik olarak verimliliklerine göre seçilir; düşük verimli veya yan reaksiyonlar içeren reaksiyonlar istenmez. Zincir içi çapraz bağlama, kovalent, dinamik kovalent ve kovalent olmayan etkileşimler ile oluşur. Bu tez çalışmasında, ilaç taşıyıcı sistemler olarak tek-zincir polimer nanopartiküller ile 3 farklı çalışma gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda ilaç molekülleri SCNP oluşumunda zincir içi çapraz bağlanmayı gerçekleştirecek şekilde seçilmiş olup SCNP'lerde herhangi bir ilaç yüklemesine ihtiyaç duyulmayacaktır. İlk olarak sisplatin molekülü çapraz bağlayıcı olarak kullanılarak SCNP'ler oluşturulmuştur. Bunun için tersinir katılma-ayrışma zincir transfer (RAFT) polimerizasyonu ile poli[poli(etilen glikol) metil eter metakrilat-r-metakrilik asit] (P(PEGMA-r-MAA)) hidrofilik kopolimeri ve poli(etilen glikol)-b-poli(N-izopropilakrilamid-r-metakrilik asit) (PEG-b-P(NIPAM-r-MAA)) amfifilik kopolimeri sentezlenmiştir. Aynı zamanda halka açılma polimerizasyonu kullanılarak poli[(γ-benzil-L-glutamat)-r-(Nε-benzilkarbonil-L-lizin)] [P(Glu-r-Liz)] hidrofilik kopolimeri ve poli (etilen glikol amin)-b-poli[(γ-benzil-L-glutamat)-r-(L-alanin)] [PEG-b-P(Glu-r-Ala)] amfifilik kopolimeri sentezlenmiştir. Bu öncü polimerlerin sisplatin molekülü ile ultra seyreltik koşullarda reaksiyonu sonucunda SCNP'ler oluşturulması hedeflenmiştir. Yapılan ikinci çalışmada kurkumin molekülünün çapraz bağlayıcı olarak kullanılmasıyla SCNP'ler oluşturulmuştur. Öncelikle RAFT polimerizasyonu ile poli[poli(etilen glikol metil eter metakrilat)-r-(bromometakrilat)] (P(PEGMA-r-BrMA)) hidrofilik kopolimeri sentezlenmiştir. Ardından kurkumin molekülü ile ultra seyreltik koşullarda reaksiyonu sonucunda SCNP'ler oluşturulmuştur. Son çalışmada ise kurkumin molekülünün çapraz bağlayıcı olarak kullanılmasıyla iribaş yapılı tek zincir polimer nanopartiküler (TSCNP) sentezlenerek miselleri oluşturulmuştur. Öncelikle RAFT polimerizasyonu ile poli(etilen glikol)-b-poli[(metil metakrilat)-r-(metakrilik asit)] (PEG-b-P(MMA-r-MAA)) amfifilik kopolimeri sentezlenmiştir. Ardından kurkumin molekülü ile ultra seyreltik koşullarda reaksiyonu sonucunda TSCNP'ler oluşturulmuştur. Oluşturulan TSCNP'ler kullanılarak diyaliz yöntemi ile doksorubisin yüklü miseller oluşturulmuştur Tez kapsamında elde edilen tüm polimerler, jel geçirgenlik kromatografisi (GPC), nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (1H NMR), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) teknikleri ile karakterize edilmiştir. Elde edilen SCNP ve TSCNP'ler ise GPC, DSC, dinamik ışık saçılması (DLS), geçirimli elektron mikroskopisi (TEM) analizleri ile çapraz bağlanmaya bağlı değişen molekül ağırlığı, boyut, camsı geçiş sıcaklığı ve morfolojisi açısından karakterize edilmiştir. İlaç yükleme verimliliği ve salım davranışı ultraviole-görünür ışık absorbsiyon spektroskopisi ve mikroplaka okuyucu ile izlenmiştir. SCNP, TSCNP ve misellerin sitotoksisitesi ve hücresel alımları incelenmiştir. Yapılan çalışmalar tek zincir nanopartiküllerin ilaç taşıyıcı sistemler açısından önemli bir potansiyele sahip olduğunu ve bu doğrultuda umut vadeden araştırmaların gerçekleştirilebileceğini ortaya koymaktadır.
Description
Nanotechnology is focused on the development of synthetic techniques for producing nanoscale objects that enable precise size control and specific functionalization. For that purpose, single-chain polymer nanoparticles (SCNPs), created by the collapse or folding of polymer chains into structurally defined nanoparticles, are a dramaticly growing research topic in polymer science that has been developing over the last twenty-five years. SCNPs, which are ultra-small cross-linked nanoparticles, are obtained by individual folding or collapse of linear polymer chains by intra-chain cross-linking under high dilution conditions. SCNPs allow the formation of 1-20 nm sized polymer nanoparticles which are more smaller than traditional polymer nanoparticles. Finally, interest in this field continues to increase due to the various potential applications of SCNP, including catalysis, sensors, nanoreactors and biomedicine. As a result of the wide variety of applications, they are one of the promising nano carriers for any research topic in the field of biomedicine. A variety of synthetic methodologies have been applied to the formation of SCNPs. Most of the examples include postpolymerization functionalization reactions in dilute polymer solutions (typically <1 mg mL-1). Postpolymerization cross-linking reactions are typically selected based on their efficiency; reactions with low yields or side reactions are undesirable. Intrachain crosslinking consists of covalent, dynamic covalent and non-covalent interactions. In this thesis, 3 different studies were carried out with single-chain polymer nanoparticles as drug carrier systems. In the studies, drug molecules were selected to ensure intra-chain cross linking in SCNP formation, so that no drug loading would be required in SCNPs. First, SCNPs were formed using the cisplatin molecule as a cross-linker. For this purpose, poly[poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate-r-methacrylic acid] (P(PEGMA-r-MAA)) hydrophilic copolymer and poly(ethylene glycol)-b-poly(N-isopropylacrylamide-r-methacrylic acid) (PEG-b-P(NIPAM-r-MAA)) amphiphilic copolymer were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. At the same time, poly[(γ-benzyl-L-glutamate)-r-(Nε-benzylcarbonyl-L-lysine)] [P(Glu-r-Lyz)] hydrophilic copolymer and poly(ethylene glycol amine)-b-poly[(γ-benzyl-L-glutamate)-r-(L-alanine)] [PEG-b-P(Glu-r-Ala)] amphiphilic copolymer were synthesized using ring-opening polymerization. It was aimed to form SCNPs as a result of the reaction of these precursor polymers with cisplatin molecule under ultra-dilute conditions. In the second study, SCNPs were formed by using curcumin molecule as a cross linker. Firstly, poly[poly(ethylene glycol methyl ether methacrylate)-r-(bromomethacrylate)] (P(PEGMA-r-BrMA)) hydrophilic copolymer was synthesized by RAFT polymerization. Then, SCNPs were formed as a result of the reaction with the curcumin molecule under ultra-dilute conditions. In the last study, tadpole likesingle chain polymer nanoparticles (TSCNP) were formed by using the curcumin molecule as a crosslinker and micelles were formed from these TSCNPs. First, poly(ethylene glycol)-b-poly[(methyl methacrylate)-r-(methacrylic acid)] (PEG-b-P(MMA-r-MAA)) amphiphilic copolymers were synthesized by RAFT polymerization. Then, TSCNPs were formed as a result of the reaction with the curcumin molecule under ultra-dilute conditions. Doxorubicin-loaded micelles were formed by dialysis using the formed TSCNPs. All polymers obtained during thesis work were characterized by gel permeation chromatography (GPC), nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR), and differential scanning calorimetry (DSC) techniques. The obtained SCNPs and TSCNPs were characterized by GPC, DSC, dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM) analyses and molecular weight, size, glass transition temperature and morphology that changed due to cross linking. Drug loading efficiency and release behavior were monitored by ultraviolet-visible light absorption spectroscopy and microplate reader. Cytotoxicity and cellular uptake of SCNPs, TSCNPs and micelles were investigated. Studies show that single-chain nanoparticles provide potential for drug delivery systems and promising studies can be presented.