Application of metal organic frameworks (MOFs) in drug delivery
Metal organik kafeslerin ilaç salımında uygulamaları
- Tez No: 543924
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET SİRKECİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kontrollü ilaç dağıtım teknolojisi, disiplinler arası bilimsel yaklaşımı içeren ve insan sağlığına katkıda bulunan, bilimin sınır alanlarından birini temsil etmektedir. Bu tür sistemler genellikle, gözenekli maddeleri ilaç için taşıyıcı olarak kullanırlar. Bunu yaparak, aksi takdirde mümkün olmayan tedaviler geleneksel kullanımdadır. Bu alandaki farmasötik bilimi son yıllarda hızla büyümüş ve çeşitlenmiştir. Kontrollü salım yöntemlerinin ve yeni nanomateryallerin çeşitlerinin türetilmesinin anlaşılması, uzman olmayanların katılımının önündeki bir engel olabilir. Kontrollü ilaç salımı, öncelikli olarak ilaçların etkinliğini artırmayı ve hastanın konforunu sağlamayı hedeflemektedir. Kontrollü ilaç salımı sistemlerinin avantajları, ilaç bozunmasının ve kaybının azaltması, ilacın biyo-yararlanırlığını ve hedef bölgede ilaç birikimini istenilen dozda tutması, öte yandan ilaç etken maddesinin hasta olmayan dokulardaki zararlı toksik etkisini azaltmasıdır. İdeal bir kontrollü ilaç salım sistemi, biyolojik ortamda kararlı ve biyo-uyumlu olmalıdır. 2006 yılından bu yana, biyo-uyumlu MOF'ların (MIL-100(Fe) ve MIL-101(Fe)) geniş gözenekleri ve yüzey alanları ile ilaç taşıyıcı sistemlerinde yüksek kullanım potansiyeline sahip olduğu rapor edilmektedir. Bu potansiyele karşın bu MOF'lar hâlihazırda ticari olarak üretilmemektedir. Metal organik çerçeveler (MOF) veya koordinasyon ağları, kendinden montajlı organik ligandlar / bağlayıcılar ve metal bağlantı noktaları tarafından oluşturulan en son hibrid malzeme sınıfıdır. Son yirmi yılda, bu gibi kristalli malzemeler, çeşitli uygulamalarda, örneğin; ayırma, gaz depolama, kataliz ve ilaç dağıtımı yüksek spesifik yüzey alanlarından, yüksek gözenek hacminden, kuyruk gözeneklerinden ve esnek çerçeveden kaynaklanmaktadır. Neredeyse sınırsız metal/küme ve organik bağlayıcı kombinasyonları nedeniyle, metal organik çerçevelerin fizikokimyasal özellikleri belirli uygulamalar için ayarlanabilir. Bahsedilen özelliklere ek olarak, biyouyumluluk, biyobozunurluk, stabilite, yüksek ilaç yükleme ve kontrol edilebilir ilaç salma kinetiği, bu gözenekli maddelere ilaç dağıtımı için potansiyel bir platform olarak kullanılmak üzere eşsiz bir yetenek sağlayan diğer belirgin özelliklerdir. Çok çeşitli MOF'larin mikro gözenekli (gözenek çapı <2 nm) olduğu ve küçük gözenek ve oyuk boyutlarının ilaç yükleme ve salma için bu nanomalzemelerin seçimini kısıtladığına dikkat edilmelidir. Bununla birlikte, gözenekli materyaller (2 ila 50 nm arasındaki gözenek çapları) daha büyük oranda kullanılabilir ve büyük ilaç moleküllerinin kapsüllenmesi için daha uyumludur. NMOF'ler yapısal niteliklerinden dolayı çeşitli özellikler göstermektedir. Kargo yüklemeleri NMOF'lerde birkaç yolla gerçekleştirilebilir. NMOF'lerin atılabilir özelliklerinin avantajlarına gelince, bu nanomalzemeler, fizyokimyasal özelliklerini korurken daha yüksek madde yüklemelerine izin vermek için geleneksel nanoparçacıklarla karşılaştırıldığında çok daha fazla etkinlik sergiler. NMOF'lere ajan yükleme, iki genel kategoriye ayrılabilir: sentez sonrası yükleme veya ajanların parçacık sentezi sırasında doğrudan dahil edilmesi. Bu araştırmada, 1: 1 (ilaç gram/ MOF gram) ağırlık oranlarında ilaç yüklemesi gerçekleştirilmiştir. Tüm model ilaçlar, oda sıcaklığında ıslaklık emdirme kullanılarak hazırlanan nanomalzemelerin her birine yüklendi. Her şeyden önce, sentezlenmiş MOF'lar, bağlanmamış çözücülerini (su, etanol, DMF) kaybetmek üzere vakum altında aktive edildi. Seyreltilmiş bir ilaç çözeltisi hazırlandı ve çözeltinin pH değeri, tris-tampon kullanılarak pH 6.4'e ayarlandı. Bu çalışmanın nihai amacı kontrollü ilaç dağıtım sistemi geliştirmektir. Bu araştırma, Kronik İnflamatuvar deri Hastalıklarının Tedavisi için Kontrollü bir İlaç Taşıyıcı Sistemin Tasarımını (Steroid Yüklü MOF / Pektin ile Yara Sargısı) araştıran büyük bir projenin bir parçasıdır. MOF'larin dünya çapında kullanımı şu anda bu alanda nispeten büyük miktarda bilgiye yol açan gaz ayırma / depolama üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu proje ile, bu alanda daha fazla bilgi edinmeye yardımcı olacak ilaç dağıtım sistemlerinde MOF'larin kullanımı üzerinde durulacak. Bu nedenle, ilaç taşıyıcı sistemlerde MOF kullanımı hakkında bilgi eksikliği nedeniyle, steroid yerine prokain ve Salisilik Asit gibi komplike olmayan model ilaçlarla deneyler yapmaya karar verdik. Bu tez aşağıdaki iki bölümden oluşmaktadır; bu tezin ilk kısmı, hem pektin ortamında homojen olarak dağılabilen hem geleneksel hem de yeni tekniklerle nano boyutlu MOF'larin sentezi ve karakterizasyonu üzerine odaklanmaktadır. Bu çalışmanın ikinci kısmı, model ilaçların kinetiğini yükleme ve serbest bırakma üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu motivasyonla, nano boyutlu MIL-100 (Cr, Fe) ve MIL-101 (Cr, Fe), geleneksel hidro/solvotermal ve mikrodalga destekli yöntemlerle hazırlandı. Sentezlenen materyaller XRD, TGA, SEM, N2 adsorpsiyonu kullanılarak karakterize edildi. Nanopartiküllerin boyutunun ayarlanması, incelenen konulardan biridir. Verim, kristallilik ve partikül büyüklüğünün optimizasyonu, sıcaklık, ısıtma oranı ve konut süresi gibi sentetik parametrelerin kontrolü ile elde edildi. Örneğin, MIL-100'ün (Fe) sentezinde, 400 nm'lik partiküller, SEM, PXRD, Azot adsorpsiyon ölçümleri, TGA ve Zeta potansiyel analizörü dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılarak karakterize edilmiştir. Sonuçlar yüksek kristallik (~%80), mükemmel yüzey alanı (SBET = 1699 m2/g), büyük gözenekler ve fonksiyonel grupları çerçeveye dahil etme yeteneğini göstermektedir. Islaklık emdirme yöntemi kullanılarak, iki model ilaç (prokain ve salisilik asit), MIL-100 (Fe), MIL-100 (Cr) ve MIL-101'e (Cr) başarıyla yüklenmiştir. Yüksek gözenekli MIL-100,101 nanopartikülleri ve küçük boyutlu prokain ve salisilik asit sayesinde UV spektrometresi ile kanıtlandığı gibi yüksek ve hızlı bir ilaç yüklemesi (MOF'larin gramına yüklenen 1,0 gram model ilaç) elde edildi. Yaklaşık olarak, ağırlık olarak %99'luk model ilaç, seçilen MOF'ların kafeslerine 60 dakikadan daha kısa sürede hızlı bir şekilde yüklendi. İlaç yüklü MIL-101'in (Cr) in vitro ilaç salımı çok yavaştı. Bununla birlikte, salım süreleri MIL-100 (Fe, Cr) için uzamıştır. Difüzyon kontrollü işlemin yavaş salınım kinetiği, güçlü konuk-konuk etkileşimleri ve MOF'lara yüksek ilaç yüklemesiyle doğrulanabilir. Kontrollü ilaç dağıtım sistemleri alanında iki önemli sonuç istenmektedir; nanoparçacıklara yüksek ilaç yüklemesi ve yavaş salınımlı kinetiği sağlamak. Bu araştırmada, yüksek yükleme kapasiteleri ve kontrollü salma özelliklerine sahip MIL-100 (Fe, Cr) ve MIL-101 (Cr) 'in bu amaç için uygun adaylar olduğunu ve ilaç dağıtım sistemlerinde ilaç taşıyıcı olarak kullanılma potansiyeli olduğunu kanıtladık. Bu araştırmada, prokain ve Salisilik Asit, MIL-100,101'in yükleme ve boşaltma kapasitesini incelemek için model ilaçlar olarak seçilmiştir. Prokain ve Salisilik Asit yükleme ve bırakma, UV-görünür spektrofotometre kullanılarak, yara sıvılarının pH'ı olduğu için pH 6.4'te araştırılmıştır. Her iki MOF için de 5 saatten daha kısa sürede, olağanüstü bir ilaç yüklemesi (%99,99) elde edilmiştir. Seçilmiş MOF'larden prokain ve salisilik asidin salınımı, yüksek ilaç yüklemesi ve güçlü konak-konuk etkileşimleri sonucunda çok yavaş gerçekleşmiştir. Sonuçlar, MIL-100 (Cr, Fe) ve MIL-101'in (Cr) nihai olarak ilaç verme sistemLerinde kullanılması amaçlanan yama preparasyonunda kullanılma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Controlled drug delivery technology represents one of the frontier areas of science, which involves interdisciplinary scientific approach, contributing to human health care. Such systems often use porous materials as carriers for the drugs. By doing so, treatments that would not otherwise be possible are now in conventional use. This field of pharmaceutical science has grown and diversified rapidly in recent years. Understanding the derivation of the methods of controlled release and the range of new nanomaterials can be a barrier to involvement from the non-specialist. Controlled drug delivery systems primarily aim to achieve improvement in therapeutic benefit of the drug and comfort of the patient. Controlled drug delivery systems offer several advantages such as minimizing drug degradation and drug loss, increasing drug bioavailability, increasing drug accumulation on the targeted area, and preventing toxic effect on healthy tissue. An ideal controlled drug delivery system must be biocompatible and stable in in vivo conditions. Since 2006, prominent scientists have reported the high potential of bio-MOFs (MIL-100(Fe) and MIL-101(Fe) explicitly) in drug delivery systems, due to their high porosity and large surface area. However, in contrast to this potential, bio-MOFs have not been commercialized yet. The ultimate aim of this study is to develop controlled drug delivery system. This research is a part of a big project which investigates the Design of a Controlled Drug Delivery System for the Treatment of Chronic Inflammatory Skin Diseases (Wound Dressing with Steroid Loaded MOF/Pectin). Worldwide usage of MOFs is currently concentrated on gas separation/storage leading to relatively large amount of knowledge in this area. With this project, the emphasis will be on usage of MOFs in drug delivery systems, which will help to gain more insights in this area. Therefore, because of lack of information on utilization of MOFs in drug delivery systems, we decided to start experiments with uncomplicated model drugs such as Procaine and Salicylic Acid instead of steroids. This thesis is original in two following parts; The first part of this thesis focuses on synthesis and characterization of nanosized MOFs with both conventional and novel techniques which are capable to disperse homogeneously in pectin medium. The second part of this study concentrates on loading and release kinetics of model drugs. With this motivation, nanosized MIL-100(Cr,Fe) and MIL-101(Cr,Fe) were prepared by both conventional hydro/solvothermal and microwave-assisted methods. Synthesized materials were characterized by using XRD, TGA, SEM, N2 adsorption. Tuning of the size of nanoparticles is one of issues which was investigated. The optimization of yield, crystallinity, and particle size was achieved through the control of synthetic parameters such as temperature, heating rate, and dwelling time. For instance, in the synthesis of MIL-100(Fe), the ∼400 nm particles were characterized using a variety of methods, including SEM, PXRD, Nitrogen adsorption measurements, TGA and Zeta potential analyzer. Results show that high crystallinity (~80%), outstanding surface area (SBET=1699 m2/g), large pores, and the ability to incorporate functional groups into the framework. In this investigation, Procaine and Salicylic Acid were chosen as model drugs to study the loading and release capability of MIL-100,101. Procaine and Salicylic Acid loading and releasing investigated at pH 6.4 since it is the pH of wound fluids, by using UV-visible spectrophotometer. An outstanding drug loading (99.99 wt.%) was achieved for both MOFs, in less than 5 hours. Release of procaine and salicylic acid from selected MOFs occurred very slowly as a result of high drug loading and strong host-guest interactions. The results show that MIL-100(Cr,Fe) and MIL-101(Cr) have potential to be used in patch preparation ultimately aimed to be used in drug delivery systems.
Benzer Tezler
- Yara örtüsü olarak hazırlanan pektin esaslı ilaç dağıtım sistemlerine metal organik kafes yapıların (MOF) katkısı
Contribution of metal organic frameworks (MOFS) on pectin-based drug delivery systems prepared as wound dressing
GAMZE BAĞIMSIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
- Mikro ve mezo gözenekli malzemelere salisilik asit ve steroid yüklenmesi ve salımı
Salicylic acid and steroid loading and release for micro and mesoporous materials
İBRAHİM AVNİ ALEV
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SİRKECİOĞLU
- İlaç salınımı uygulamalarına yönelik fosfonik asit bazlı metal organik hibrit yapılarının geliştirilmesi
Synthesis and development of phosphonic acid based metal organic hybrid structures for drug delivery applications
GÜLŞEN YILMAZ AKPARLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BURÇİN PİŞKİN
- Metal organik kafeslerde bütan ve izobütan adsorpsiyonunun incelenmesi
Investigation of butane and isobutane adsorption in metal organic frameworks
PELİN GÖYMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ
- Investigation of bio-MOFs for energetic and biomedical applications: From an atomic point of view
Biyo-MOFların enerji ve biyomedikal uygulamalarının atomik bakış açısıyla araştırılması
İLKNUR ERUÇAR FINDIKÇI
Doktora
İngilizce
2016
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI