Synthesis of Chitosan-Based Hydrogels as a Novel Drug Release Device for Wound Healing

The development of the porous, biocompatible and biodegradable hydrogels has been gaining much attention for wound dressing applications. The hydrogels prepared using freeze-thawing method present important properties of high biocompatibility and nontoxicity. The hydrogels that are able to release drugs for prolonged time are widely used biomaterials for wound healing. In this study chitosan CS -based poly-ε-caprolactone PCL hydrogels were prepared using poly vinyl alcohol PVA , poly ethylene glycol PEG and poly vinyl pyrrolidone PVP . PVA-CS-PCL hydrogels only could remain stable at room temperature after synthesis. The properties of the hydrogels were determined with SEM, FTIR, swelling tests and degradation tests. The drugs of ceftazidime CZ as an antibiotic and ketoprofen KP as an analgesic were loaded onto the hydrogels and the loaded hydrogels were used for the drug release studies at pH 5.5 and pH 7.4. All these results suggest that the developed PVA-CS-PCL hydrogels offer significant potential as a wound dressing material

Metal ion coordination interactions for biomolecule recognition: a review

Molecular imprinting is an effective method to create selective binding sites in polymeric matrices for biomolecule recognition. This review gives recent improvements of the design and preparation of selective binding sites via metal coordination interactions in molecularly imprinted polymers MIPs and focuses on particularly metal coordination bonds between biomolecules such as amino acids, peptides, proteins and templated polymers. The discussion will evaluate key parameters for molecular imprinting in the perspective of metal coordination

Potential evaluation of PVA-based hydrogels for biomedical applications

P oly vinyl alcohol PVA -based hydrogels prepared using freeze/thawing treatment have become increasingly important biomaterials for biomedical applications having great properties such as biocompatibility, biodegradability and high water absorbency. In this study, PVA-based physically cross-linked hydrogels were prepared with and without the presence of poly ethylene glycol PEG freezing at -16 °C for 16 h and thawing at room temperature for 8 h. The focus of this work was to address the effect of the addition of PEG Mw: 2000 or 5000 and the effect of the number of freezing/thawing cycles on swelling behaviour. The Scanning Electron Microscopy SEM measurements demonstrated the morphological characteristics of PVA-based hydrogels indicating the formation of the macroporosity fabricated during freeze/thawing process. From the swelling tests undertaken it w as apparent that all the hydrogels exhibited unique swelling characteristics having high swelling degree at all pH values such as pH 2.1, 5.5 and 7.4 representing the pH values of stomach, blood and dermis. Thus, the hydrogels synthesized in this study present important potential for biomedical application

Poli(Bütilenadipat-ko-Tereftalat) (PBAT) Mikro ve Nanopartiküller: Sentez, Karakterizasyon ve Kurkumin Salım Kinetiğinin İncelenmesi

This study was performed with the support of ‘Poly(butylene adipate-coterephthalate) (PBAT) Micro and Nanoparticles: Synthesis, Characterization and Investigation of Curcumin Release Kinetics’ entitled and FHD-2016-11953 coded Hacettepe University funding project and TÜBİTAK 2210-C Primary Subject National Scholarship Program for MSc Students. In the scope of the thesis, the efficiency of aliphatic-aromatic copolyester poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) in drug release applications was investigated. For this purpose, after the synthesis and characterization of PBAT micro and nanoparticles the loading and in-vitro release of curcumin that is recently prominent as a natural, anticancerogenic drug was achieved and the cytotoxic effect of the particles was determined in the cell culture systems.ÖZET ....................................................................................................................... İ ABSTRACT ........................................................................................................... İİİ TEŞEKKÜR ............................................................................................................ V İÇİNDEKİLER ....................................................................................................... Vİİ ÇİZELGELER DİZİNİ ............................................................................................. Xİ ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................. Xİİ SİMGELER VE KISALTMALAR .......................................................................... XVİ 1. GİRİŞ .............................................................................................................. 1 2. GENEL BİLGİLER ........................................................................................... 3 2.1. Kontrollü Salım Sistemleri ............................................................................ 3 2.2. Partiküler Formdaki İlaç Salım Sistemleri .................................................... 6 2.2.1. Mikropartiküller ............................................................................................ 7 2.2.2. Nanopartiküller ............................................................................................ 8 2.2.3. Partikül Üretim Yöntemleri ........................................................................... 9 2.3. Kontrollü İlaç Salım Sistemlerinde Kullanılan Matematiksel Modeller ........ 13 2.4. İlaç Salım Sistemlerinde Kullanılan Biyomalzemeler ................................. 15 2.4.1. Sentetik Polimerler..................................................................................... 15 2.4.2. Doğal Polimerler ........................................................................................ 16 viii 2.5. Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) ..................................................... 17 2.5.1. PBAT’ın Özellikleri ve Kullanım Alanları .................................................... 18 2.5.2. PBAT’ın Biyouyumluluğu ve Biyobozunurluğu ........................................... 20 2.5.3. PBAT’ın İlaç Salım Sistemlerinde Kullanımı .............................................. 22 2.6. Kurkumin ................................................................................................... 23 2.6.1. Kurkuminin İlaç Salım Sistemlerinde Kullanımı ......................................... 25 2.6.2. Kurkuminin Antikanserojen Etkisi .............................................................. 27 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ........................................................................... 30 3.1. Kullanılan Malzemeler ............................................................................... 30 3.2. PBAT Mikro ve Nanopartiküllerin Üretimi ................................................... 31 3.2.1. Kurkumin Yüklü Olmayan PBAT Mikro ve Nanopartiküllerin Üretimi ......... 31 3.2.2. Kurkumin Yüklü PBAT Mikro ve Nanopartiküllerin Üretimi ......................... 32 3.3. Karakterizasyon Çalışmaları ...................................................................... 33 3.3.1. Partikül Boyutunun Belirlenmesi ................................................................ 33 3.3.1.1. Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Analizi ........................................... 33 3.3.1.2. Dinamik Işık Saçılım (DLS) Analizi ......................................................... 33 3.3.2. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) Analizi .................................................. 33 3.3.3. Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) Analizi ...................... 34 3.3.4. Termogravimetrik-Diferensiyal Termal Analiz (TG-DTA) ........................... 34 3.3.5. X Işını Kırınımı (XRD) Analizi .................................................................... 34 3.4. Kurkumin Yüklü PBAT Mikro ve Nanopartiküllerin Enkapsülasyon Verimlerinin Belirlenmesi ...................................................................................... 34 ix 3.5. İn-vitro Kurkumin Salım Deneyleri ............................................................. 35 3.6. Hücre Kültür Çalışmaları ............................................................................ 36 3.6.1. İnhibitör Konsantrasyonunun Belirlenmesi ................................................. 37 3.6.1.1. Kurkuminin İnhibitör Konsantrasyonunun Belirlenmesi .......................... 37 3.6.1.2. Kurkumin Yüklü PBAT Nanopartiküllerin İnhibitör Konsantrasyonunun Belirlenmesi .......................................................................................................... 38 3.6.1.3. Optik Mikroskop ile Analiz ...................................................................... 39 3.6.2. Sitotoksisite Analizleri ................................................................................ 39 3.6.2.1. MTT Analizi ............................................................................................ 39 3.6.2.2. Canlı-Ölü Hücre Analizi .......................................................................... 40 3.6.2.3. Hücre Canlılığı ve Morfolojisinin Görüntülenmesi .................................. 40 3.6.3. Hücre Döngü Analizi .................................................................................. 41 4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA ......................................................................... 43 4.1. PBAT Partiküllerin Karakterizasyon Çalışmaları ........................................ 44 4.1.1. Partikül Boyutunun Belirlenmesi ................................................................ 44 4.1.1.1. Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Analizi ........................................... 47 4.1.1.2. Dinamik Işık Saçılım Analizi ................................................................... 52 4.1.2. Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) Analizi ...................... 54 4.1.3. Termogravimetrik-Diferensiyal Termal Analiz (TG-DTA) ........................... 55 4.1.4. X Işını Kırınımı (XRD) Analizi .................................................................... 57 4.1.5. Kurkumin Yüklü PBAT Mikro ve Nanopartiküllerin Enkapsülasyon Verimlerinin Hesaplanması................................................................................... 58 x 4.2. Kurkumin Yüklü PBAT Mikro ve Nanopartiküllerden Kurkumin Salım Çalışmaları ve Salım Kinetiklerinin İncelenmesi ................................................... 59 4.3. Hücre Kültür Çalışmaları ............................................................................ 61 4.3.1. İnhibitör Konsantrasyonunun Belirlenmesi ................................................. 62 4.3.1.1. Kurkuminin İnhibitör Konsantrasyonunun Belirlenmesi .......................... 62 4.3.1.2. Optik Mikroskop Analizi .......................................................................... 67 4.3.1.3. Kurkumin Yüklü PBAT Nanopartiküllerin İnhibitör Konsantrasyonunun Belirlenmesi .......................................................................................................... 69 4.3.2. Sitotoksisite Analizleri ................................................................................ 72 4.3.2.1. MTT Analizi ............................................................................................ 72 4.3.2.2. Optik Mikroskop Analizi .......................................................................... 75 4.2.1.1. Hücre Canlılığı ve Morfolojisinin Görüntülenmesi .................................. 76 4.3.3. Canlı-Ölü Analizi ........................................................................................ 82 4.3.4. Hücre Döngü Analizi .................................................................................. 88 5. GENEL SONUÇLAR ..................................................................................... 91 KAYNAKLAR ........................................................................................................ 94 EKLER ............................................................................................................... 111 EK-1 ................................................................................................................... 111 EK-2 ................................................................................................................... 112 ÖZGEÇMİŞ ........................................................................................................ 113Bu tez çalışması “Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) Mikro ve Nanopartiküller: Sentez, Karakterizasyon ve Kurkumin Salım Kinetiğinin İncelenmesi” adlı ve FHD- 2016-11953 kodlu Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi ve 2210-C TÜBİTAK Öncelikli Alanlara Yönelik Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı desteği ile gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, alifatik-aromatik bir kopoliester olan poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT)’ın ilaç salım sistemlerindeki etkinliğinin araştırılması hedeflenmiştir. Bu amaçla PBAT mikro ve nanopartiküllerin sentez ve karakterizasyonlarının ardından doğal, antikanserojen nitelikli bir ilaç olarak son yıllarda öne çıkan kurkuminin partiküllere yüklenmesi ile in-vitro salımı gerçekleştirilmiş ve partiküllerin hücre kültür sistemlerindeki sitotoksik etkisi belirlenmiştir. İlk basamakta, kurkumin yüklü olmayan PBAT partiküller sentezlenmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda en uygun morfolojik özellikteki mikro ve nano boyutta iki farklı partikül seçilmiştir ve çalışmanın diğer kısımlarında bu partiküller kullanılmıştır. Bu partiküllerden %1 PBAT (w/v), %1 poli(vinil alkol) (PVA) (w/v) ile hazırlanan partiküller mikro boyutu; %1 PBAT (w/v), %1.5 ii didodesildimetilamonyum bromür (DMAB) (w/v) ile hazırlanan partiküller ise nano boyutu temsil etmektedir. Elde edilen PBAT mikro ve nanopartiküllerin boyutları sırasıyla 1.05 ± 0.53 m ve 0.38 ± 0.18 m’dir. Ardından PBAT mikro ve nanopartiküllere kurkumin yüklemesi gerçekleştirilmiştir. PBAT mikro ve nanopartiküllerin en yüksek kurkumin enkapsülasyon verimleri PBAT ve kurkuminin kütlece oranının 10 kat olduğu durumda sırasıyla % 80 ± 5 ve % 90 ± 3 olarak belirlenmiştir. Kurkumin yüklü olan ve olmayan PBAT mikro ve nanopartiküllerin karakterizasyon çalışmaları ile kimyasal ve termal özellikleri ayrıntılı olarak belirlenmiş ve kurkuminin yapıdaki varlığı kanıtlanmıştır. Devam eden basamakta kurkumin yüklü PBAT mikro ve nanopartiküllerin in-vitro salım çalışmaları yapılmış ve kurkumin salım kinetikleri incelenmiştir. Salım çalışmalarına göre kurkumin yüklü PBAT mikro ve nanopartiküllerden kurkuminin 22 günde sırasıyla %49 ve %73 oranında salındığı belirlenmiştir. Mikropartiküller ile kurkumin salımının nanopartiküllere göre daha yavaş gerçekleştiği görülmüştür. Partiküllerin kurkumin salım kinetikleri incelendiğinde ise her iki tip partikülden kurkumin salımının Higuchi salım kinetik modeline uyduğu belirlenmiştir. Son basamakta ise hücre kültürü çalışmaları ile MG-63 insan kemik kanseri hücrelerinin ve MC3T3-E1 fare kemik öncül hücrelerinin tek tabaka kültürleri üzerinde kurkumin yüklü olan ve olmayan PBAT mikro ve nanopartiküllerin sitotoksik etkileri incelenmiştir. Hücrelerin canlılığı ve üremesi MTT (3-[4,5- dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolyum bromür) analiziyle, hücre morfolojileri ise optik mikroskop ve floresan mikroskop görüntüleri ile takip edilmiştir. Partiküllerin MG-63 hücrelerini inhibe ettiği ve MC3T3-E1 hücreleri üzerinde sitotoksik bir etkiye neden olmadığı belirlenmiştir. Kurkuminin antikanserojen özelliğinin hücre döngüsündeki etkisi ise akış sitometre ile analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre kurkuminin MG-63 hücrelerini G0/G1 hücre döngü fazında inhibe ettiği ve MC3T3-E1 hücreleri üzerinde anlamlı bir etkiye neden olmadığı belirlenmiştir.Bu tez çalışması “Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) Mikro ve Nanopartiküller: Sentez, Karakterizasyon ve Kurkumin Salım Kinetiğinin İncelenmesi” adlı ve FHD- 2016-11953 kodlu Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi ve 2210-C TÜBİTAK Öncelikli Alanlara Yönelik Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı desteği ile gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, alifatik-aromatik bir kopoliester olan poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT)’ın ilaç salım sistemlerindeki etkinliğinin araştırılması hedeflenmiştir. Bu amaçla PBAT mikro ve nanopartiküllerin sentez ve karakterizasyonlarının ardından doğal, antikanserojen nitelikli bir ilaç olarak son yıllarda öne çıkan kurkuminin partiküllere yüklenmesi ile in-vitro salımı gerçekleştirilmiş ve partiküllerin hücre kültür sistemlerindeki sitotoksik etkisi belirlenmiştir

Cytochrome C Purıfıcatıon with Surface Imprinted Bacterial Cellulose Nanofibers

In the present study, cytochrome c imprinted bacterial cellulose (Cyt c-MIP)nanofibers were prepared for the purification and recognition of cytochrome c viasurface imprinting approach. N-methacryloyl-L-histidine methyl ester (MAH) wassynthesized to create specific binding sites. After the complexation between MAHand chelating metal ion copper(II), the preorganized complex was prepared withMAH-Cu(II) monomer and Cyt c template molecules via metal ion coordinationinteractions. Cyt c-MIP nanofibers were prepared in the presence of differentamounts of %w total monomer, monomer template ratio and polymerization time.Cyt c-MIP nanofibers were characterized by ATR-FTIR, SEM and contact anglemeasurements. In order to desorp the adsorbed proteins from the polymernetwork, 1 M NaCl solution was used. Adsorption studies were performed withrespect to pH, temperature and ionic strength and the adsorption capacity wasevaluated spectrophotometrically.Bu çalışmada, sitkrom c saflaştırma ve tanıma işlemleri için yüzey baskılamayöntemi ile sitokrom c baskılanmış bakteriyel selüloz (Cyt c-MIP) nanofiberlerhazırlanmıştır. N-metakriloil L-histidin metil ester (MAH) monomeri spesifik tanımabölgeleri oluşturmak için sentezlenmiştir. MAH monomeri ile bakır (II) iyonuarasında kompleks oluşumundan sonra metal iyon koordinasyon etkileşimlerikullanılarak MAH-Cu(II) monomeri ve sitokrom c hedef molekülleri ile önkomplekshazırlanmıştır. Cyt c-MIP nanofiberler farklı % toplam monomer oranlarında, farklımonomer hedef molekül molar oranlarında ve farklı polimerizasyon sürelerindehazırlanmıştır. Cyt c-MIP nanofiberler ATR-FTIR, SEM ve temas açısı ölçümleri ilekarakterize edilmiştir. Adsorplanan protein moleküllerinin polimer yapıdandesorpsiyonu için 1 M NaCl çözeltisi kullanılmıştır. Adsorpsiyon çalışmaları pH,sıcaklık ve iyonik şiddete göre gerçekleştirilmiştir ve adsorpsiyon kapasitesi spektrofotometrik olarak analiz edilmiştir

CARBON NANOTUBE BASED POLYVINYLALCOHOL-POLYVINYLPYROLIDONE NANOCOMPOSITE HYDROGELS FOR CONTROLLED DRUG DELIVERY APPLICATIONS

Controlled drug release systems present a significant alternative to the conventional drug dosages providing drug release for prolonged time periods. Nanocomposite hydrogels offer an important potential for drug release with enhanced physicochemical properties. In this study, the preparation of carbon nanotube (CNT)-based Polyvinylalcohol-Polyvinylpyrolidone (PVA/PVP) nanocomposite hydrogels namely, CNT-25, CNT-50 and CNT-100 were succedded via the freeze/thawing method with the addition of different amounts of CNT. The nanocomposite hydrogels were characterized by swelling tests, FT-IR, DSC, SEM and BET measurements. It was determined that CNT-50 was the most suitable hydrogel for drug release studies having better morhological properties with homogenous distribution of CNT throughout the polymeric nanocomposite matrix. The release of 5-fluororacil (5-FU) as a model drug was investigated in-vitro. The release of 5-FU from CNT-based PVA/PVP nanocomposite hydrogels was exhibited controlled release for one week at pH 7.4. The amount of released of 5-FU was effectively increased with the addition of CNT into the hydrogel matrix.  Korsmeyer-Peppas model was well fitted for determining the release mechanism of 5-FU from CNT-based PVA/PVP nanocomposite hydrogels corresponding the combination of diffusion of the drug and the dissolution of polymer chains

Bacterial cellulose nanofibers for separation, drug delivery, wound dressing, and tissue engineering applications

Bacterial cellulose (BC) nanofibers with high purity, high surface/volume ratio, high biocompatibility, high porosity, high tensile strength, and high water holding capacity are emerging attractive biomaterial. BC nanofibers can be prepared simply via bacterial incubation withalow cost inadetermined shape owing to its in-situ moldability. BC nanofibers due to its structural and morphological properties have demonstrated great potential asanative form or with various modifications using polymers, micro/nanoparticles, and small molecules for diverse application areas. This review aims to discuss the applicability and efficiency of the BC nanofibers and its composites focusing on the unique characteristics of BC in the fields of separation, drug delivery, wound dressing, and tissue engineering. It overviews the recent developments about the fabrication methods of BC that was used asaseparation medium, adrug delivery vehicle, awound dressing material, andascaffold