Alzheimer's disease (AD) is an irreversible and progressive neurodegenerative
disease, which is caused by irreversible loss of neurons in the hippocampus and
cortex regions of the brain. Although the molecular mechanism of the disease is still
unclear, the deposition of the amyloid beta (Aβ) proteins (senile plaques) in the
extracellular synaptic spaces of the neocortex is suggested to play a major role in
progress of AD. Cholinesterase inhibitors are compounds that are used for
symptomatic treatment of neuron transmission improvement in AD. Donepezil is a
reversible and non-competitive cholinesterase inhibitor that preferably inhibits
acetylcholinesterase compared to butyrylcholinesterase and is clinically used for
treatment of AD. In the frame of this thesis, we developed donepezil loaded poli
(laktic-co-glycolic acid)-block-poli (ethylen glycol) [PLGA-b-PEG] nanoparticles to
increase efficiency of treatment in AD and to reduced the side effects of donepezil
nanoparticles were directly targeted to the Aβ fibriles. By targeting donepezil to the
brain in sufficient concentration we destabilized Aβ fibrile formation and minimized
its tissue distrubition. Furthermore by setting up a blood brain barrier model in vitro,
using microvascular endothelial cells and astrocytes we determined that this prepared
nanoparticles passed across the blood brain barrier. In this set up we also evaluated
the protective effect of donepezil on astrocytes in neuroinflammation by assessing
cytokine expressions both in protein and gene levels. According to these results for
inflammation cytokines IL-1β, IL-6, GM-CSF, TGF-β, MCP-1 and TNF-α, increase
in both expression and protein levels was detected on astrocytes which were
incubated with amyloid fibrils. After free donepezil and donepezil loaded
nanoparticle administration to these stimulated astrocytes a significant decreased in
both gene expression and protein levels were detected for IL-1β, IL-6, GM-CSF and
TNF-α, whereas there were no significant changes observed for TGF-β and MCP-1.
In vivo Alzheimer model was created using intracerebroventricular injection of
Aβ(25-35) peptide. After the treatment period brain tissues of rats were removed and
homogenized. Following the homogenization of the brain tissues;
acetylcholinesterase activities were determined in each sample. According to the
results acetylcholinesterase activity of Alzheimer model rats achieved with icv
Aβ(25-35) injection were found to be significantly increased. Effect of donepezil
loaded nanoparticles in this animal model were found to be more effective than free
donepezil and significantly inhibited the acetylcholinesterase activity. Based on these
results, ability of donepezil loaded nanoparticles to inhibit acetylcholinesterase
activity is stronger than high dose free donepezil. The reason for this can be
attributed to the controlled release of donepezil, longer duration of action and
successful targetting of nanoparticles.Alzheimer hastalığı (AH), beynin hipokampüs ve korteks
bölgelerinde geri dönüşümsüz nöron kaybı ile ortaya çıkan nörodejeneratif bir
hastalıktır. Hastalığın moleküler mekanizması açık olmamakla birlikte AH’nda,
neokorteksin ekstraselüler sinaptik boşluklarında amiloid beta (Aβ) proteinlerinin
birikerek plaklar oluşturduğu ve nöron dejenerasyonuna yol açtığı öne sürülmektedir.
Kolinesteraz inhibitörleri, AH’nda bozulan sinir iletimini düzeltmeyi amaçlayan
semptomatik tedaviye yönelik bileşiklerdir. Donepezil, AH’nda klinik kullanımı
olan, tersinir ve non-kompetetif bir kolinesteraz inhibitörüdür ve bütirilkolinesteraza
kıyasla asetilkolinesterazı (AKoE’ı) daha özgül olarak inhibe eder. Bu tez
kapsamında AH tedavisine yönelik olarak; donepezilin yan etkilerini azaltmak ve
tedavi etkinliğini artırmak için donepezil yüklü poli(laktik-ko-glikolik asit)-blokpoli(
etilen glikol) [PLGA-b-PEG] nanopartikülleri geliştirilmiş ve bu nanopartiküller
doğrudan beyindeki Aβ fibrillerine hedeflenmiştir. Donepezil Aβ fibrillerine
yönlendirildiğinden doku dağılımı minimize edilmiş, doğrudan Aβ fibrillerini
destabilize edecek konsantrasyonda beyne ulaşması sağlanmıştır. Ayrıca insan beyin
mikrovasküler endotel hücreleri ve astrositleri kullanılarak hücre kültürü ortamında
kan beyin bariyeri modeli oluşturulmuş hazırlanan nanopartiküllerin kan beyin
bariyerini geçtiği tespit edilmiştir; donepezilin koruyucu etkisini değerlendirebilmek
adına da astrositlerden salınan ve nöroenflamatuar süreçte rol oynayan sitokinlerin
ekspresyonları protein ve gen düzeyinde belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre fibrillerle
inkübe edilen astrositlerde enflamasyona ait sitokinlerden IL-1β, IL-6, GM-CSF,
TGF-β, MCP-1 ve TNF-α için hem gen hem protein düzeyinde ekspresyon artışı
tespit edilmiştir. Donepezil ve donepezil yüklü nanopartikül ile uyarılma sonucunda
ise bu sitokinlerden IL-1β, IL-6, GM-CSF ve TNF-α düzeylerinde anlamlı azalma
hem gen ekspresyon düzeylerinde hem de protein düzeylerinde tespit edilirken TGF-
β, MCP-1 sitokinleri için ise anlamlı değişiklik saptanmamıştır. Aβ(25-35) peptidinin
intraserebroventriküler enjeksiyonu ile Alzheimer benzeri model oluşturulmuştur.
Tedavi sürecinin ardından farmakolojik deneyler tamamlandıktan sonra sıçanların
beyin dokusu çıkarılarak homojenize edilmiştir. Hayvan beyin dokularının
homojenize edilmesini takiben homojenatlarda asetilkolinesteraz aktivite tayini
yapılmıştır. Bu sonuçlara göre Aβ(25-35) fibrilleri kullanılarak AH modeli
oluşturulmuş olan sıçan grubunda aktivitenin anlamlı ölçüde arttığı saptanmıştır.
Donepezil yüklü nanopartiküllerin donepezilden daha etkin davranarak aktiviteyi
anlamlı şekilde inhibe ettiği saptanmıştır. Bu sonuçlardan yola çıkarak donepezil
yüklü nanopartiküllerin AKoE aktivitesini inhibe etme güçlerinin donepezile oranla
daha fazla olduğu söylenebilir. Bu da nanopartiküllerden donepezilin kontrollü
olarak salındığının, etki süresinin daha uzun olmasının ve hedeflemenin başarılı
olmasının bir sonucu olarak değerlendirilebilir
