YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA

Transkript

1 ANTİKOLİNESTERAZ İLAÇ PİRİDOSTİGMİN BROMÜRÜN KİTOSAN/SODYUM ALJİNAT EMULSİYON ÇAPRAZ BAĞLI VE KİTOSAN/METİL SELÜLOZ İÇ İÇE GEÇMİŞ AĞ YAPILI MİKROKÜRELERDEN SALIMI Salime Müge BARIŞ YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KASIM 2011 ANKARA

2 Salime Müge BARIŞ tarafından hazırlanan ANTİKOLİNESTERAZ İLAÇ PİRİDOSTİGMİN BROMÜRÜN KİTOSAN / SODYUM ALJİNAT EMULSİYON ÇAPRAZ BAĞLI VE KİTOSAN/METİL SELÜLOZ İÇ İÇE GEÇMİŞ AĞ YAPILI MİKROKÜRELERDEN SALIMI adlı bu tezin Yüksek Lisans Tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Oya ŞANLI Tez Danışmanı, Kimya Anabilim Dalı. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Kimya Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Oya ŞANLI Kimya Anabilim Dalı, G.Ü.. Doç. Dr. Gülsen ASMAN Kimya Anabilim Dalı, G.Ü.. Yrd. Doç. Dr. Ebru KONDOLOT SOLAK Kimya Anabilim Dalı, G.Ü.. Tarih: 23 / 11/ 2011 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Bilal TOKLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Salime Müge BARIŞ

4 iv ANTİKOLİNESTERAZ İLAÇ PİRİDOSTİGMİN BROMÜRÜN KİTOSAN/SODYUM ALJİNAT VE EMULSİYON ÇAPRAZ BAĞLI KİTOSAN/METİL SELÜLOZ İÇ İÇE GEÇMİŞ AĞ YAPILI MİKROKÜRELERDEN SALIMI (Yüksek Lisans Tezi) Salime Müge BARIŞ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Kasım 2011 ÖZET Bu çalışmada, bir antikolinesteraz ilaç olan piridostigmin bromürün kapsüllenmesini gerçekleştirmek üzere kitosan / sodyum aljinat (CS/Na-Alg), ve kitosan/metilselüloz (CS/MC) mikroküreler hazırlandı. Mikroküreler jelleşme ve emülsiyon çapraz bağlama yöntemi ile CaCl 2 -CS ve glutaraldehit çözeltisi kullanılarak hazırlandı. Hazırlanan mikroküreler Fourier transform infrared (FTIR) spektroskopi, diferansiyel tarama kalorimetri (DSC) ve optik mikroskopi ile karakterize edildi. Mikroküreler ayrıca parçacık çapı, denge şişme değerleri ve salım profilleri ile de tanımlandı. Salım çalışmaları üç ph değerinde sırasıyla 1,2; 6,8 ve 7,4 de gerçekleştirildi ve salım ortamının ph değeri arttıkça kümülatif ilaç salımının arttığı gözlendi. İlaç/polimer oranındaki artış CS/NaAlg ve CS/MC iç içe geçmiş ağ yapılı (IPN) mikrokürelerden piridostigmin bromürün salımını artırdı bununla beraber tutuklama verimi değerlerini önemli ölçüde değiştirmedi. Mikrokürelerin hazırlanması ve ilaç salımı için en iyi koşullar: CS/NaAlg mikrokürelerde (w/w): 2/1, çapraz bağlayıcı derişimi: 0,025 M, ilaç/polimer

5 v oranı (w/w) : 1/8, çapraz bağlama süresi: 5 dakika ve ph: 7,4; CS/MC IPN yapılı mikrokürelerde (w/w): 4/1, çapraz bağlayıcı derişimi: 3,25 M, ilaç/polimer oranı (w/w):1/6, çapraz bağlama süresi: 10 dakika ve ph:7,4 olarak belirlendi. Bu koşullarda kümülatif ilaç salımı 6 saat sonunda CS/NaAlg mikrokürelerde kütlece %81,60 olarak CS/MC yapılı IPN mikrokürelerde ise kütlece %100,00 olarak bulundu. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler :Kitosan, sodyum aljinat, metil selüloz, piridostigmin bromür, kontrollü salım, mikroküre, IPN. Sayfa Adedi : 91 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Oya ŞANLI

6 vi CONTROLLED RELEASE OF ANTICHOLINESTERASE DRUG PYRIDOSTIGMINE BROMIDE FROM CHITOSAN/SODIUM ALGINATE AND EMULSION CROSSLINKED CHITOSAN/METHYL CELLULOSE INTERPENETRATING POLYMER NETWORK MICROSPHERES (M.Sc. Thesis) Salime Müge BARIŞ GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY November 2011 ABSTRACT In this study, microspheres of chitosan/sodium alginate (CS/NaAlg) and chitosan/methylcellulose (CS/MC) were prepared to capsulate pyridostigmine bromide which is an anticholinesterase drug. Microspheres were prepared by jelation and emulsion crosslinking methods using CaCl 2 -CS and glutaraldehyde solutions. The prepared microspheres were characterized by fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC) and optic microscopy. Microspheres were also characterized by particle diameter, equilibrium swelling values and release profiles. The release studies were carried out at three ph values 1,2; 6,8 and 7,4 respectively and it was observed that as the ph of the medium increased cumulative drug release increased. Increase in drug/polymer ratio increased the release of pyridostigmine bromide from the CS/NaAlg and CS/MC interpenetrating network (IPN) microspheres however has not changed the entrappment efficiency significantley. Optimum conditions for the preparation and release of the microspheres were determined as CS/NaAlg (w/w): 2/1, crosslinker concentration: 0,025M,

7 vii drug/polymer ratio (w/w): 1/8 crosslinking time: 5 minutes and ph: 7,4; CS/MC structured IPN microspheres (w/w) : 4/1, crosslinker concentration: 3,25 M, drug/polymer ratio (w/w): 1/6, crosslinking time: 5 minutes and ph: 7,4. The cumulative release at these conditions was found to be 81,60 % at the end of 6 hours for CS/NaAlg microspheres and found 100,00% for CS/MC structured IPN microspheres. Science Code: : Key Words: :Chıtosan, sodium alginate, methyl cellulose, pyridostigmine bromide, controlled release, microspheres, IPN. Page Numbers : 91 Adviser : Prof. Dr. Oya ŞANLI

8 viii TEŞEKKÜR Yüksek lisans eğitimim boyunca engin bilgi ve tecrübesi ile beni yönlendiren, manevi desteğini hep hissettiğim değerli hocam Sayın Prof. Dr. Oya ŞANLI ya çok teşekkür ederim. Tez çalısmam süresince tecrübelerinden faydalandığım hocam Sayın Doç. Dr. Gülsen ASMAN a ve yaptığım tüm çalışmalarda bana yol gösteren, manevi desteğini eksik etmeyen sevgili hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Ebru KONDOLOT SOLAK a göstermiş olduğu tüm ilgi ve yardımlarından dolayı teşekkür ederim. Deneylerim süresince ve tez yazım aşamasında tüm sıkıntılarıma ortak olan sevgili arkadaşım Merve OLUKMAN a ve ayrıca her gün dostlukları ve yardımlarıyla yanımda olan tüm laboratuvar arkadaşlarıma paylaştığımız tüm zamanlar için teşekkür ederim. Hayatımın her döneminde olduğu gibi yüksek lisans eğitimim boyuncada tüm kararlarımda arkamda durarak beni destekleyen, fedakarlıklarından ve özverilerinden dolayı haklarını hiçbir zaman ödeyemeyeceğim canım annem Ecz. Fatma Nilgün BARIŞ a ve canım babam Av. Ahmet Afet BARIŞ a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR...viii İÇİNDEKİLER... ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ...xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...xv RESİMLERİN LİSTESİ..xvii SİMGELER VE KISALTMALAR...xviii 1. GİRİŞ GENEL BİLGİLER Kontrollü Salım Sağlayan Sistemler Tanım ve terminoloji Kontrollü salım sistemlerinin klasik ilaç salım sistemlerine göre avantajları ve dezavantajları Kontrollü salım sistemlerinin sınıflandırılması İlaç salım kinetiği Kontrollü Salım Sistemi Olarak Mikroküreler Tanım ve özellikleri Mikroküre hazırlanmasında kullanılan polimerler Mikroküre hazırlama yöntemleri Mikrokürelerden etkin maddenin salımı İç içe geçmiş ağ yapılı (IPN) mikroküreler... 28

10 x Sayfa 2.3. Kullanılan Etken Madde ve Destek Materyalleri Piridostigmin Bromür Kitosan Sodyum aljinat Metil Selüloz MATERYAL VE METOT Materyal Kimyasal maddeler Kullanılan cihazlar Yöntem Piridostigmin bromür yüklü CS/NaAlg mikrokürelerinin hazırlanması Piridostigmin bromür yüklü CS ve MC iç içe geçmiş ağ yapılı (IPN) mikrokürelerin hazırlanması Mikrokürelerden pridostigmin bromür salım çalışmaları Mikrokürelerin denge su içeriklerinin tayini Tutuklama verimi (TV) SONUÇLAR VE TARTIŞMA CS, NaAlg, CS/NaAlg Oranı 2/1 Olan İlaç Tutuklu Mikrokürelerin FTIR Spektrumları CS, MC, CS/MC Oranı 4/1 Olan İlaç Tutuklu IPN Mikrokürelerin FTIR Spektrumları PB, CS/MC Oranı 4/1 Olan Boş ve İlaç Tutuklu IPN Mikrokürelerin FTIR Spektrumları Hazırlanan Mikrokürelerin Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) Termogramları 62

11 xi Sayfa 4.5. Hazırlanan Mikrokürelerin Taramalı Elektron Mikrograf ve Optik Mikroskop Görüntüleri Piridostigmin Bromürün CS/NaAlg Mikrokürelerden Kontrollü Salımı CS/NaAlg oranının piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi CS/NaAlg yapılı mikrokürelerde çapraz bağlayıcı derişiminin piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi CS/NaAlg yapılı mikrokürelerde çapraz bağlama süresinin piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi CS/NaAlg yapılı mikrokürelerde ilaç/polimer oranı değişiminin piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi ph nin salım hızına etkisi Piridostigmin bromürün CS ve MC iç içe geçmiş ağ yapılı polimerik (IPN) mikrokürelerinden kontrollü salımı CS/MC oranının piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi CS/MC yapılı IPN mikrokürelerde çapraz bağlayıcı derişiminin piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi CS/MC yapılı IPN mikrokürelerde çapraz bağlama süresinin piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi Ağ yapılı mikrokürelerde ilaç/polimer oranı değişiminin piridostigmin bromür salımı üzerine etkisi ph nin CS/MC yapılı IPN mikrokürelerden piridostigmin bromür salım hızına etkisi Hazırlanan Mikrokürelerin Denge Şişme Değerleri CS/NaAlg mikrokürelerine ait denge şişme değerleri CS/MC iç içe geçmiş ağ yapılı mikrokürelerine ait denge şişme değerleri Değişik Formülasyonlarda Hazırlanan Mikrokürelerin % Tutuklama Verimliliklerinin ve Çaplarının Değişimi 77

12 xii Sayfa CS-NaAlg mikrokürelerinin % tutuklama verimi değerleri ve çaplarının değişimi CS-MC iç içe geçmiş ağ yapılı mikrokürelerinin % tutuklama verimi değerleri ve çaplarının değişimi Kinetik Sonuçlar SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ... 91

13 xiii ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Kontrollü salım yapan polimerik sistemlerin sınıflandırılması...11 Çizelge 2.2. Farklı geometrik şekiller için n parametresinin değerleri ve salım mekanizmaları...22 Çizelge 2.3. Biyolojik olarak parçalanabilen polimerler...25 Çizelge 2.4. Biyolojik olarak parçalanmayan polimerler...26 Çizelge 2.5. Mikrokürelerin hazırlanma yöntemleri...27 Çizelge 2.6. Mikrokürelerden ilaç salımını etkileyen faktörler...28 Çizelge 2.7. Piridostigmin bromür ün farmakinetik özellikleri...36 Çizelge 2.8. Kitosanın teknik üretim koşulları...39 Çizelge 2.9. Kullanılan kitosan çeşitlerinin fizikokimyasal özellikleri...40 Çizelge Kitosanın çeşitli organik asitler içinde çözünebilirlik durumu...41 Çizelge Kitin, kitosan ve türevlerinin uygulama alanları...42 Çizelge Aljinatların viskozite ve molekül ağırlıklarına göre gruplandırılması...44 Çizelge Aljinatın oral kontrollü salım sistemlerindeki uygulamaları...46 Çizelge Aljinatın diğer kullanım alanları...46 Çizelge 3.1. Piridostigmin bromür yüklü CS/NaAlg mikrokürelerin hazırlanma koşulları 52 Çizelge 3.2. CS/NaAlg boş mikrokürelerinin hazırlanma koşulları 53 Çizelge 3.3. Piridostigmin bromür yüklü CS/MC IPN mikrokürelerin hazırlanma koşulları 55 Çizelge 3.4. CS/MC Boş mikrokürelerinin hazırlanma koşulları 55 Çizelge 4.1. Değişik formülasyonlarda hazırlanan boş CS/NaAlg mikrokürelerin % denge şişme değerleri 76

14 xiv Çizelge Sayfa Çizelge 4.2. Değişik formülasyonlarda hazırlanan boş CS-MC ağ yapılı mikrokürelerin % denge şişme değerleri 77 Çizelge 4.3. Piridostigmin bromürün değişik formülasyonlarda hazırlanan CS/NaAlg mikrokürelerde % tutuklama verimleri ve çap değerleri 78 Çizelge 4.4. Piridostigmin bromürün değişik formülasyonlarda hazırlanan CS/MC ağ yapılı mikrokürelerde % tutuklama verimleri ve çap değerleri 79 Çizelge 4.5. CS/NaAlg yapılı mikrokürelere ait kinetik sonuçlar 80 Çizelge 4.6. CS/MC ağ yapılı mikrokürelere ait kinetik sonuçlar 80

15 xv ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Kontrollü salım yapan, uzatılmış etkili ve klasik salım yapan salım sistemleri için etkin madde kan düzeyi-zaman eğrileri arasındaki farklılık... 6 Şekil 2.2. Difüzyon kontrollü sistemlerden membran sistemin şematik gösterimi. 15 Şekil 2.3. Difüzyon kontrollü sistemlerden matriks sistemin şematik gösterimi Şekil 2.4.Vücutta aşınan sistemlerin şematik gösterimi Şekil 2.5. Zincire takılı sistemlerin şematik gösterimi Şekil 2.6. Şişme kontrollü salım sistemlerinden etkin maddenin salım mekanizması Şekil 2.7. Osmotik kontrollü sistemlerin şematik gösterimi Şekil 2.8. IPN lerin yapıları Şekil 2.9. Basit ikili polimer kombinasyonları Şekil Yarı-IPN temsili yapısı Şekil Tam IPN temsili yapısı Şekil Ardışık IPN sentezi Şekil Eş zamanlı IPN sentezi Şekil Piridostigmin bromürün kimyasal yapısı Şekil 2.15.Kitin ve kitosanın yapısal formülü Şekil Kitinin deasetilasyonu Şekil Gluronik ve mannuronik asit içeren sodyum aljinatın yapısı Şekil Yumurta-kafes (egg-box) modeli Şekil Metil selülozun yapısı Şekil 3.1.Mikroküre hazırlama setinin şematik gösterimi

16 xvi Şekil Sayfa Şekil 3.2.Enjeksiyon iğnesinin kesiti Şekil 3.3. Aljinat ile Ca 2+ nın etkileşimi Şekil 3.4. IPN Sentezinin şematik gösterimi Şekil 4.1. PB, NaAlg, CS ve C1 formülasyonlu mikrokürenin FTIR Spektrumları Şekil 4.2. CS, MC ve G 0 formülasyonlu IPN mikrokürenin FTIR Spektrumları Şekil 4.3. PB, G1 ve G 0 formülasyonlu mikrokürenin FTIR Spektrumları Şekil 4.4. PB, CS, NaAlg, C 0 ve C1 formülasyonlu mikrokürelerin DSC Termogramları Şekil 4.5. PB, CS, MC, G 0 formülasyonlu küre, G 1 formülasyonlu kürenin DSC Diyagramları 64 Şekil 4.6. CS/NaAlg oranının salım hızına etkisi Şekil 4.7. Çapraz bağlayıcı derişimi değişiminin ilaç salım hızı üzerine etkisi Şekil 4.8. Çapraz bağlama süresinin salım hızına etkisi Şekil 4.9. i/p oranının CS/NaAlg mikrokürelerden PB salım hızına etkisi Şekil IPN yapıdaki mikrokürelerde CS/MC oranının salım hızına etkisi Şekil CS/MC yapılı IPN mikrokürelerde çapraz bağlayıcı derişimi değişiminin ilaç salım hızı üzerine etkisi Şekil CS/MC yapılı IPN mikrokürelerde çapraz bağlama süresinin salım hızına etkisi Şekil CS/MC yapılı IPN mikrokürelerde ilaç/polimer oranının salım hızına etkisi... 75

17 xvii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 4.1. a) C 0 formülasyonlu boş mikrokürelerin, b) C1 formülasyonlu mikrokürelerin 200 büyütmeli SEM görüntüsü Resim 4.2. a) G 0 ve G1 formülasyonlu IPN mikrokürelerin 200 ve 100 büyütmeli SEM görüntüsü... 65

18 xviii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama PB NaAlg CS MC GA HCl IPN FTIR DSC UV Piridostigmin bromür Sodyum aljinat Kitosan Metil selüloz Glutaraldehit Hidroklorik asit Ağ yapılı polimer Fourier transform infrared Diferansiyel taramalı kalorimetre Ultraviole

19 1 1. GİRİŞ Son yıllarda vücudun belirli hedef bölgelerine ilacı yönlendirebilen ve uzun süreli salım hızını kontrol edebilen sistemlerin geliştirilmesi üzerine olan çalışmalar hız kazanmıştır. Yeni bir ilacın geliştirilmesi ve tedavi amaçlı kullanılması 10 yıldan daha fazla süren araştırma ve geliştirme faaliyetini gerektirmektedir. Bu nedenle yeni ilaç geliştirmek yerine var olan ilaçların kullanım süresini ve etkinliğini arttırmak amacıyla kontrollü salım formülasyonları geliştirilmektedir [1-5]. İlacın veriliş şeklini değiştirmek için geliştirilen sistemlerin başında polimerlerin kullanıldığı kontrollü salım yapan sistemler gelir. İlacın bir polimere bağlandığı kontrollü salım sistemleri ile ilacın salım hızı ve oranı rahatlıkla kontrol edilebilmektedir. Son on yılda polimerlerin taşıyıcı olarak kullanıldığı çalışmalarda ilaçların, çok uzun süreler (bazı durumlarda bir yıldan fazla) sürekli salınabildiği gösterilmiştir. Bu sistemlerde salım hızı polimerik taşıyıcı tarafından kontrol edildiği için ilaç kullanımında hastalar arasında görülen farklılıklar azalmıştır. Değişik polimer sistemler kullanılarak veya polimer-ilaç sistemini hazırlama yöntemi değiştirilerek, çok farklı salım hızları elde edilebilmiştir. Polimerlerin ilaç verilmesini kontrol etme aracı olarak kullanıldığı salım sistemlerini içeren teknoloji dalına kontrollü ilaç salım teknolojisi adı verilmiştir [6]. Kontrollü ilaç serbestleştirme sistemlerinin geliştirilmesinde kullanılan polimer veya polimerlerin seçiminin doğru bir şekilde yapılması gereklidir. Seçilen materyal belirli bir ilaç veya biyoetkin madde için istenen serbestleşme hızını verebilecek özelliğe sahip olmalı, vücutta aşınan türden polimerler kullanılıyorsa parçalanma ürünlerinin biyolojik çevrede olumsuz etkilere yol açmayacak maddeler olması gerekir [6]. Bu sistemlerde hem taşıyıcı olarak hem de serbestleşme hızını kontrol etmek üzere en yaygın kullanılan materyaller doğal ve sentetik polimerlerdir. Bu amaçla selüloz, kitosan, aljinat, dekstran, gelatin gibi doğal polimerlerle hazırlanan biyobozunur mikroküreler, kontrollü ilaç salım teknolojisinde ilaç taşıyıcısı olarak geniş bir kullanıma sahiptir [4-8].

20 2 Doğal polimerlerin kontrollü salım sistemlerinde kullanılmasının avantajları, kararlılıkları, molekül büyüklüğünün kontrol edilebilmesi, düşük maliyetleri, biyolojik olarak parçalanma özelliklerinin iyi olması, polimerin kendisinin ve parçalanma ürünlerinin toksik etki göstermemesi ve ilacın yüksek yükleme kapasitesinde olmasıdır [9,10]. Potansiyel olarak öldürücü olan ve sinir iletisini bozan kimyasal ajanlar olarak tanımlanan sinir ajanları, özellikle askeri amaçlarla, ilk defa II. Dünya Savaşı öncesinde geliştirilmiş, son derece toksik kimyasal bileşiklerdir. Sinir ajanları asetilkolinesteraz (AKE) enziminin güçlü inhibitörlerini oluşturmaktadır. Bir sinir ajanına maruziyet durumunda uygulanacak genel tedavi yaklaşımlarından biri piridostigmin bromür (PB) tedavisidir. İnsektisitlerin karbamat grubuna ait olan ve kolinerjik sinapslardaki fizyolojik işleyişi AKE enzimine bağlanarak inhibe etme özelliği bulunan PB, halen miyasteni gravisli hastaların tedavisi, genel anestezinin sonlandırılması, çeşitli yılanların zehirlerinin etkisizleştirilmesi gibi tıp uygulamarında kullanılmaktadır. Askeri alanda ise, sinir ajanlarına yönelik olarak, antidotların (panzehirlerin) etkilerinin artırılması amacı ile proflaktik (önleyici) olarak kullanılmaktadır [11]. Miyasteni Gravis, istemli hareket eden bazı kaslarda, özellikle kafa sinirlerinin denetlediği gözü hareket ettiren, çiğnemeyi ve yutkunmayı sağlayan kaslar ile yüz ve dil kaslarında harekete bağlı olarak çabuk yorulma ve güçsüzlük gibi belirtilerle ortaya çıkan, asetilkolin reseptörlerine karşı antikor gelişmesi sonucu oluşan otoimmün bir hastalıktır. Güçsüzlük, sık kullanım ile iskelet kaslarındaki yorgunluk ve bunu izleyen dinlenme ile düzelme hastalığın ayırt edici özelliğidir [12,13] yılına kadar hastalığın tedavisi bulunamamış, daha sonra neostigmin in hastalık belirtilerini ortadan kaldırdığı görülmüştür li yıllardan itibaren tedavide neostigminden başka antikolinesterazlar, piridostigmin (Mestion) ve ambenonium klorür (Mytelase) kullanılmaya başlanmıştır [14]. Literatürde piridostigmin bromürün mikrokürelerden kontrollü salımına olanak sağlayan tek bir araştırmaya rastlanmıştır. Hegazy N. ve arkadaşları Eudragit RS

21 3 akrilik polimerini kullanarak, püskürterek kurutma (spray drying) yöntemiyle piridostigmin bromür yüklü mikroküreler hazırlamışlar ve hazırladıkları mikrokürelerin in vitro ortamda salım profillerini ve ilaç/polimer oranı ile mikroküre oluşturma metodunun ilaç salımı üzerine etkisini incelemişlerdir. Çalışma sonucunda, tüm ilaç/polimer oranlarında yüksek başlangıç salımının gerçekleştiğini, aktif ajanın dispersiyonu (Yöntem I) ile hazırlanmış mikrokürelerden salım hızının, aktif ajanın çözünmesiyle (Yöntem II) hazırlanmış mikrokürelerin salım hızından düşük olduğunu bulmuşlardır. Piridostigmin bromürün çözünmesiyle hazırlanmış mikrokürelerde kümülatif salımın 3. Saatte %100 e, aktif ajanın dispersiyonu ile hazırlanmış mikrokürelerde salımın ise 12. Saatte %100 ulaştığı sonucuna varmışlardır [15]. Kitosan (CS) ve sodyum aljinat (NaAlg) farmasötik teknolojide yaygın olarak kullanılan doğal polimerlerdir. Günümüzde, vücutta bozunma özelliği gösterdikleri için oral kontrollü salım yapan ilaç şekillerinin hazırlanmasında kullanılmaktadırlar. Literatürde metilselüloz (MC), NaAlg ve CS kullanılarak yapılan kontrollü salım sistemleri ile ilgili pek çok çalışma bulunmaktadır [16-18]. Hedeflenen çalışma, son yıllarda eczacılık teknolojisinde geniş bir uygulama alanı bulan mikropartiküler sistemlerden mikrokürelerin kitosan, sodyum aljinat ve metilselüloz doğal polimerleri kullanılarak üretilmesi, piridostigmin bromürün kitosan/sodyum aljinat ve kitosan/metil selüloz mikroküreleri ile kontrollü salım sistemlerinin hazırlanmasına yöneliktir. Öncelikle piridostigmin bromür içeren kitosan/sodyum aljinat mikroküreler için çapraz bağlayıcı olarak CaCl 2 kullanılmış ve piridostigmin bromürü kapsüllemek üzere en uygun çapraz bağlayıcı derişimi araştırılmıştır. Literatürde çapraz bağlayıcı olarak Ca 2+ iyonunun kullanıldığı çalışmalar bulunmasına karşın CaCl 2 çözeltisi ile kitosanın aynı ortamda bulunmasıyla mikrokürelerin hazırlanması ile ilgili çalışmalar sınırlı sayıdadır [16,19,20]. Piridostigmin bromürün salımı için en uygun çapraz bağlayıcı derişimi belirlendikten sonra polimer/polimer oranı, ilaç/polimer oranı ve

22 4 çapraz bağlama süresi gibi çeşitli parametreler değiştirilerek mikrokürelerden ilaç salımının modifiye edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde kitosan/metilselüloz mikroküreler emülsiyon çapraz bağlama yöntemi ile hazırlanmıştır. Metilselülozun, kitosan ile aynı ortamda glutaraldehit ile çapraz bağlanması sağlanmış ve IPN yapı oluşturulmuştur. Hazırlanan IPN yapılı mikrokürelerden değişen polimer oranı, ilaç/polimer oranı, çapraz bağlayıcı derişimi ve çapraz bağlama süresi koşullarında salım çalışması gerçekleştirilmiş ve iki yöntem ile alınan salım sonuçları karşılaştırılmıştır.

23 5 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Kontrollü Salım Sağlayan Sistemler Tanım ve terminoloji Farmasötik alanda yapılan çalışmaların başlıca amacı klasik ilaç şekillerinin dezavantajlarının giderilmesi ve hastaya daha az etkin madde verilmesi ile ilaç alım sıklığının azaltılması ve böylece daha uzun aralıklarla ilaç salımı sağlayan tedavi yöntemlerinin gerçekleştirilmesidir [21]. Etken maddelerin katı polimer taşıyıcılarla birlikte kullanılması çalışmalarına 1950 lerde tarım ilaçları ile başlanmıştır ların ortalarında bu denemeler tıp alanına da girmiştir. Bu alanda üretilen ilk ticari ürün SmithKline and French Laboratories firması tarafından piyasaya sürülmüş ve Spansules olarak adlandırılmıştır [9,22] lerde çalışmalar büyük moleküllü ilaçların katı polimerlerden sürekli salınması yönünde olmuştur. Kontrollü salım sistemleri, Organizma için gerekli olan etkin maddenin salım hızını kontrol ederek hedef hücreye, dokuya veya organa ulaştıran sistemler olarak tanımlanmaktadır [23]. Klasik ilaç şekillerinin kullanımında görülen aksaklıkların giderilmesine yönelik yapılan araştırmalara en iyi yanıt veren sistemler kontrollü ilaç salım sistemleridir. Bu sistemler, etkin maddenin fizikokimyasal, farmakolojik ve farmakokinetik özelliklerine bağlı belirli terapötik hedeflerle tasarımlanmaktadır. [24]. Her etkin maddenin kan serumunda etkili ve tedavi edici olduğu bir plazma aralığı vardır ve terapötik aralık olarak tanımlanır. Kan düzeyleri bu aralık içinde kaldığı sürece tutarlı ve yararlı bir tedavi söz konusu olur. Dozaj şeklinden salım olayının hızlı veya yavaş olmasına göre, etkin madde derişimleri bu aralık içinde olabilir, taşabilir veya yetersiz kalabilir. İlaç maksimum serum derişimi üzerinde toksik etki gösterirken, minimum serum derişimi altında ise etkisiz kalmaktadır [25]. Konvansiyonel ilaç şekilleri, etkin maddeyi aniden salıveren sistemlerdir. Bu ilaç şekilleri kanda kısa sürede maksimum düzeyine ulaşır ve hemen plazma düzeyine düşmeye başlar. Bu kısa zaman etken maddenin metabolize edilme, parçalanma veya etki alanından uzaklaşma hızına da bağlıdır. Bu yüzden geleneksel ilaçların ilacın

24 6 yarı ömrüne bağlı olarak sık aralıklarla uygulanması gerekir. Bu şekilde hastanın günde birkaç kez ilaç alma gereksinimi, ilacın toksik düzeylere ulaşması ile bir takım yan etkilere karşı etkiyi, ilacı daha az sıklıkta ve daha az dozda alarak sağlamak üzere etken maddenin serbestleştirilmesinin yavaşlatılması yoluna gidilmiştir. [26]. Kontrollü salım sistemlerinde; ilaç konsantrasyonunun kanda sabit tutularak, klasik yöntemlerle söz konusu olan doz aşımı ya da yetersizliği gibi istenmeyen sonuçların önlenmesi hedeflenmektedir. Şekil 2.1. de kontrollü salım sistemlerinin, uzatılmış etkili ve klasik ilaç şekillerine göre farkı verilmiştir. Şekil 2.1. Kontrollü salım yapan (A) Uzatılmış etkili (B) Klasik salım yapan (C) salım sistemleri için etkin madde kan düzeyi-zaman eğrileri arasındaki farklılık Salım karakterlerinin değişiklik göstermesi nedeniyle, kontrollü salım sistemlerini tanımlamak için çok sayıda farklı ifade kullanılmakta ve farklı kaynaklara göre değişik sınıflandırma şekillerine rastlanmaktadır. Kodeks de bütün bu sistemler değiştirilmiş salım sistemleri (modified release systems) başlığı altında verilmektedir. [24]. Tanımlarda ortak olan etkin maddenin klasik ilaç şekillerine göre daha uzun süre ile salınabilmesidir. USP 27 (United States Pharmacopeia) ye göre değiştirilmiş (modifiye edilmiş) salım sistemleri şu şekilde sınıflandırılır:

25 7 a) Geciktirilmiş salım sistemleri (Delayed release systems): Etkin maddenin sistemden salımı belli bir bölgede olmaktadır. Genellikle mide sıvısından etken maddeleri korumak için intestinal bölgede salım yapabilen enterik kaplı ürünlerdir. b) Uzatılmış salım sistemleri (Extended release systems): Uzatılmış tedavi sağlamak üzere uzun bir zaman süreci içerisinde salım yapan preparatlardır. Kontrollü salım sistemleri (Controlled release systems) ve sürekli salım sistemleri (Sustained release systems) uzatılmış salım sistemleri olarak değerlendirmektedir. EP 2005 (European Pharmacopeia) e göre değiştirilmiş salım sistemleri şu şekilde sınıflandırılır: a) Uzatılmış salım sistemleri: Konvansiyonel dozaj formlarına göre daha yavaş salım yapan sistemlerdir. Özel formülasyon ve üretim tekniği gerektirmektedir. b) Geciktirilmiş salım sistemleri: Etkin maddenin salımını geciktiren sistemlerdir. c) Tekrarlanan doz içeren sistemler (Pulsatile-release): Dozaj içinde etkin maddenin birden fazla (iki veya üç) dozu vardır ve etkin maddenin belli zaman aralıklarında tekrarlamalı salımı gerçekleştirilmektedir. Sürekli salım sistemleri: Sürekli salım, etkinin süresi veya mekanizması göz önüne alınmaksızın dozaj şeklinden etkin maddenin salımının uzatılmasıdır Sabit kan seviyesi oluşturamazlar [27]. Kontrollü salım sistemleri: Kontrollü salım sistemleri, etkin maddenin plazma konsantrasyonunu istenilen süre boyunca istenilen düzeyde tutabilen veya etkin maddenin hedeflenen bölgeye uygulanmasını sağlayabilen sistemler olarak tanımlanabilir. Kontrollü salım yapan sistemlerde şu özelliklerin en az birinin bulunması gereklidir.

26 8 Plazmadaki sabit etkin madde düzeyi ve ilacın etkisinin sürekli olabilmesi için; önceden belirlenen hızda ve sürede etkin madde salımı gerçekleştirebilmelidir. İlacın etkisini lokalize etmek için, kontrollü salım sağlayan hastalıklı dokuya yerleştirilebilir olmalıdır. Uygun taşıyıcıların kullanımı ile etkin madde hedef bölgelere ulaştırılabilmelidir Kontrollü salım sistemlerinin klasik ilaç salım sistemlerine göre avantajları ve dezavantajları Günümüzde kontrollü ilaç salım sistemlerinin uygulandığı birçok alan vardır. Örnek olarak tıp, tarım, besin ve temizlik malzemeleri verilebilir. Bu sistemlerin tıp uygulamalarında klinik açıdan önemli avantajları şunlardır; İlacın plazma düzeyi istenilen süre ve terapötik değerde sabit kalır. Alışılmış dozaj şekillerinde ilacın plazma düzeyini etkili dozda tutabilmek için ilacın sık sık alınması gerekmektedir. Bu şekilde ilacın terapötik alandaki dalgalanmaları minimize edilir. Uzun süre sabit terapötik plazma düzeyi sağlamak mümkün olduğu için farmakolojik cevap da uzun süreli ve tekdüze olmaktadır. İlacın sistemik yolla verilmesinin neden olacağı zararlı yan etkiler bir polimerilaç sisteminin yerel uygulaması ile azaltılabilir veya ortadan kaldırılabilir. İn vivo yarı ömürleri kısa olan etkin maddelerin kontrollü salım sistemi haline getirilerek parçalanmaları geciktirilebilmektedir. Etkin madde tedavisi istenilen bölgeye, organa, dokuya veya hücreye gönderilebilir ve hedeflendirme ile tıbbi müdahalenin mümkün olmadığı, ulaşılması güç olan bölgelere etkin maddenin ulaşması mümkün olabilmektedir [28,29].

27 9 Büyük dozda ilacın parenteral yolla birçok kerede verilmesi yerine kontrollü ilaç salan sistemler ile sürekli, az miktarlarda verilmesi hastanın uygulamalardan doğacak sıkıntılarını ortadan kaldırır. Tedavi düşük dozlarla sağlanabildiği için etkin maddenin yan ve toksik etkileri azaltılabilir veya tamamen ortadan kaldırılabilir. Örneğin yüksek derişimlerde gastrointestinal sistemde irritasyona sebep olabilecek maddelerin bu zararlı etkileri önlenebilmektedir. Dozlama sıklığı azaltılabildiği için gece ilaç alma sorunu ortadan kalkmakta, böylece, hastanın tedaviye olan uyumu artmaktadır [30]. Bu yöntem ile ilaç verilmesi daha ucuz ve ilaç kaybını önleyici olabilir. İyi bir tıbbi kontrolün bulunmadığı az gelişmiş bölgelerde ilaç kullanımı düzenlenebilir ve kolaylaştırılabilir. Hastaneler açısından ilaç dağıtımı ve süresi minimuma indirilmekte, reçete hazırlama işlemleri azalmakta ve dolayısıyla ekonomik avantajlar sağlamaktadır. Kontrollü salım sistemlerinin dezavantajları Özel klinik uygulamalarda kontrollü salım sistemlerinin avantajlarının yanı sıra doğabilecek zararları da göz önüne alınmalıdır [30]. Kullanılan polimer maddenin toksikliği veya biyolojik açıdan uyuşmazlık gösterebilmesi, Sistem vücuda yerleştirildikten sonra istenildiği an ilaç salımının durdurulmasının zor olması, Vücutta aşınan tip polimerlerden zararlı yan ürünlerin oluşması,

28 10 Polimeri uygun bir bölgeye yerleştirmek için cerrahi işlem gerekmesi, Yerleştirilen sistemin neden olduğu ağrı, Polimer fiyatları veya üretim yöntemi nedeniyle belirli bir polimer-ilaç formülasyonu için gereken harcamaların fazla olması, Kontrolün bozulmasına yol açan çatlaklar veya başka faktörler nedeniyle sistemin güvenilirliğinin garanti edilememesi, İlacın hasta tarafından alınmasının unutulması durumunda tedavi sırasında etkide azalma riskinin diğer ilaç şekillerine göre daha fazla olması, Her etkin maddenin kontrollü salım sistemi haline getirilememesi Kontrollü salım sistemlerinin sınıflandırılması Polimerik kontrollü serbestleşme sistemleri ilaç serbestleşmesini kontrol eden mekanizma ve uygulama alanları baz alınarak iki grup altında sınıflandırılabilir [6].

29 11 Çizelge 2.1. Kontrollü salım yapan polimerik sistemlerin sınıflandırılması. Uygulama Yerine Göre Oküler Sistemler Nazal Sistemler Oral Sistemler Bukal Sistemler Transdermal Sistemler İmplant Sistemler Vajinal, Servikal, İntrauterin Sistemler Rektal Sistemler Serbestleşme Mekanizmasına Göre Difüzyon Kontrollü Sistemler Membran Sistemler Matriks Sistemler Kimyasal Kontrollü Sistemler Vücutta Aşınan Sistemler Zincire Takılı Sistemler Çözücünün Harekete Geçirdiği Sistemler Şişme Kontrollü Sistemler Ozmotik Kontrollü Sistemler Uygulama Yerine Göre Kontrollü Salım Sistemleri: İlacın uygulanma yolu terapötik sonucu doğrudan etkileyen bir etmendir. Kontrollü salım sistemleri için en sık tercih edilen uygulama yolları oral ve parenteral yoldur fakat son yıllarda transdermal yol da gittikçe önem kazanmaktadır [9].

30 12 I. Oküler Sistemler: Bu sistemler sistematik tedavi işlemleri ile ilgili değil öncelikle göz hastalıklarının tedavileri ile ilgilenir. Göz hastalıklarının tedavisinde kullanılan çözelti, süspansiyon, emülsiyon, merhem gibi alışılagelmiş göz preparatlarından yeterli biyoyararlanım sağlanamaması bu alanda yeni arayışlara neden olmuştur. Etkin maddenin göz içinde ve kenar boşluklarındaki etki süresini uzatmak ve yan etkilerini önleyerek, istenilen biyoyararlanımı sağlamak amacı ile polimer çözeltileri, biyoadhezif hidrojeller, kolloidal oküler sistemler, insertler, implantlar oküler salım amacıyla kullanılmaktadır [9, 31]. Bunların dışında ilaç yüklü polimerik mikro ve nano partiküler sistemlerin oküler ortamda sürekli salım sağlayabilen ve dozaj miktarını artırabilen birer oküler salım yöntemi oldukları görülmüştür [32]. II. Nazal Sistemler: Mukoza tabakasının alt bölümü damar bakımından zengin olduğu için burun boşluğu morfolofik olarak ilaç absorbsiyonuna elverişlidir. Bu sebeple nazal yol uzun yıllar, ilaçların yerel etkisini sağlamak amacıyla kullanılmıştır. Bu yolla etkin madde absorpsiyonunun avantajı karaciğerden ilk geçiş etkisinin olmamasıdır. Nazal mukozanın ph değerinin 7,2 civarında olmasından dolayı, yalnızca bu ph da iyonize olmayan ilaçların absorbe edilebilmesi ise bu sistemin dezavantajıdır. Nazal yolla kullanılmak üzere; mukoadhezif sistemler, mikroküreler, inhalerler, nebulizörler ve lipozomlar geliştirilmiştir [33]. III. Oral sistemler: Kontrollü salım sistemleri içerisinde en sık kullanılan uygulama yoludur. İlacın ağızdan alınması anlamına gelir. Tasarımı için farklı modifikasyonlara olanak tanıması, hastaya kullanım kolaylığı sağlayarak uyumu artırması sebebiyle tercih edilmektedir. Oral kontrollü salım sistemlerinin etkisi bazı fizyolojik faktörlere bağlıdır, bunların başında ph, sindirim sistemindeki geçiş süresi, gastrointestinal

31 13 hastalıklar, etkin maddenin absorplanma yeri, metabolizasyon yeri ve oranı gelmektedir [34,6]. IV. Bukkal Sistemler: Etkin maddenin direkt yanak içi mukozasından absorbe edildiği sistemlerdir. Etkin madde küçük disk veya kürelere yüklenmiştir ve mukus ile temas sonucu salım gerçekleşir. Aft, ağız yaraları ve diş eti hastalıklarının tedavisinde kullanılırlar. Bu sistemlerin çoğu ağız mukozasına yapışabilecek yapıdadır. Orahesive toz ve Orabase bu sistemlere ilk ticari örneklerdir [6]. V. Transdermal Sistemler: Son yıllarda transdermal sistemlerin biyomalzemelere uygulanmasıyla ortaya çıkan insülin bantları, yara iyileştirici ilaçlı flasterler gibi transdermal preparatların piyasaya sürülmesi, bu ilaç dağıtım şeklinin artan bir hızla ilgi görmesine sebep olmuştur. Karaciğerde ilk geçiş mekanizmasına göre uzaklaştırılan, oral yolla emilimi az olan, gastrointestinal irritasyona sebep olan etkin maddeler için kullanılabilmesi gibi avantajları mevcuttur. İlaçların deriden emilim hızlarının artırılarak sistemin daha çeşitli ilaçlar için kullanılar hale getirilmesi amacıyla yoğun çalışmalar yapılmaktadır [6,35]. VI. İmplant Sistemler: İmplant ilaç dağıtım sistemleri oral yolla tedaviye uygun olmayan, biyolojik yarı ömrü çok kısa olan veya karaciğerde ilk geçiş mekanizmasına göre hızla elimine edilen ilaçların etkin ve kontrol edilebilir şekilde kullanımına olanak veren ilaç dağıtım sistemlerinin çoğunu içerir. Polimer taşıyıcılı ve pompalı implant sistemler olmak üzere iki gruba ayrılırlar [6].

32 14 VII. Vajinal, Servikal ve Intrauterin Sistemler: Jinekolojik hastalıklarda kullanılan bazı etkin maddelerin lokal ve sistemik etkilerini ortadan kaldırmak için direk ilgili bölgeye uygulanması tercih edilir. Uygulama bölgesine göre etkin maddenin kontrollü salımını gerçekleştiren sistemler vajinal, servikal ve intrauterin sistemlerdir. Oral yol ile verildiğinde etkinliğini az veya çok kaybeden steroidler, prostaglandinler, penisilinler, kinin vb. ilaçlar vajina, serviks ve uterus mukozasından absorbe olabildikleri için bu sistemler ile hastaya verilirler. [6]. VIII. Rektal Sistemler: Bu sistemde etkin madde, kalınbarsağın bitiminde bulunan rektum bölgesindeki rektal mukozadan absorbe olur. Rektum ph sının oral yola göre daha stabil olması rektal uygulama sonucu plazma düzeylerindeki sapmaların, oral yola nazaran daha az olmasına neden olur. Rektal sistemler için faklı mekanizmalarla tasarlanabilen dozaj şekillerine örnek olarak; biyoadhezif jeller, tablet, suppozituvarlar ve halkalar; matriks, mikrokapsül, jel tipi ve osmotik kontrollü rektal sistemler gösterilebilir [6,35]. Salım Mekanizmasına Göre Kontrollü Salım Sistemleri: Çeşitli ilaç taşıyıcı sistemlerde birçok değişik tipteki polimerik sistem, etkin maddenin kontrolünü sağlamak için kullanılmaktadır [36]. Bunlar; I. Difüzyon Kontrollü Sistemler Difüzyon, ilaç moleküllerinin derişiminin yüksek olduğu bölgeden, düşük olduğu bölgeye hareketidir. Difüzyon kontrollü ilaç salım sistemlerinde, etken maddenin salımı suda çözünmeyen bir polimerden difüzyonu ile kontrol edilir. Bu salım mekanizması en yaygın görülen salım mekanizmasıdır. Membran ve matriks sistemler olmak üzere iki tip difüzyon kontrollü sistem vardır.

33 15 a. Membran Sistemler: Depo sistemlerde etkin madde inert bir polimer membran ile çevrelenmiş çekirdek içinde dağılmış olarak yer almaktadır (Şekil 2.2). Daha sonra membrandan sistemi çevreleyen ortama difüzlenir. Bu sistemlerde hız sınırlayıcı aşama, etkin maddenin polimerden difüzyonudur. Bu tip sistemlerin başlıca dezavantajları olarak kullanılan polimer membranın biyolojik olarak parçalanamaması ve membranın delinmesi halinde kullanılan etkin maddenin tipine bağlı olarak tehlike oluşturması sayılabilmektedir Etkin maddenin dağılma ve difüzyon katsayıları, mebranın kalınlığı saptanarak salım hızı önceden belirlenebilir [9,36]. Şekil 2.2. Difüzyon kontrollü sistemlerden membran sistemin şematik gösterimi. b. Matriks Sistemler: Etkin madde bir polimer matriks içerisinde homojen olarak çözündürülmüş veya dağıtılmıştır (Şekil 2.3). Matriksi çevreleyen sıvı, porlardan ve granüller arası boşluklardan geçerek ilacı çözer. Bu mekanizmada hız sınırlayıcı basamak etkin maddenin polimer matriks boyunca difüzlenerek açığa çıkmasıdır. Polimerik matrikste etken maddenin salımı önce yüzeye yakın kısımlarda, daha sonra matriksin iç kısımlarından gerçeklesir. Yüzeye yakın olan maddenin öncelikle çözünmesi esnasında salım hızında meydana gelen aşırı artışa burst effect adı verilmektedir. Zamanla etkin maddenin salınabilmesi için katetmesi gereken yol artar ve böylece salım hızı azalır [36,37].

34 16 Şekil 2.3. Difüzyon kontrollü sistemlerden matriks sistemin şematik gösterimi. II. Kimyasal Kontrollü Sistemler: a. Vücutta Aşınan Sistemler: Bu sistemlerde, matriks sistemlerde olduğu gibi etkin madde polimer içinde dağılmış veya çözündürülmüş haldedir (Şekil 2.4). Polimer biyolojik ortamda bozunmaya uğrayarak kontrollü şekilde etkin maddenin salınmasını sağlar. Salım hızı sabit değildir ve polimerin biyolojik ortamda uğradığı aşınmanın hızına bağlıdır. Bu tip sistemlerin en büyük avantajları, polimerin erozyon sonucunda vücut tarafından absorplanmasıdır. Bu olay sonucunda sistemi vücuttan uzaklaştırmak için ikinci bir cerrahi işlem gerekmemektedir. Ancak, erozyona uğradıkça yüzey alanlarının azalması bu sistemlerin başlıca dezavantajı olarak sayılabilmektedir [30,36]. Etkin madde salım hızı; biyodegredasyon hızı, polimer bileşimi, polimerin molekül ağırlığı, yüklenen etkin madde miktarı ve polimer/etkin madde etkileşimi ile tanımlanır.

35 17 Şekil 2.4. Kimyasal kontrollü sistemlerden vücutta aşınan sistemlerin şematik gösterimi. b. Zincire Takılı Sistemler:. Bu tip sistemlerde, polimere kimyasal bir reaksiyon sonucu bağlanmış olan etkin madde, biyolojik ortamda meydana gelecek olan hidrolitik veya enzimatik bir reaksiyon sonucu polimer yapıdan ayrılmaktadır.(şekil 2.4.) Etkin madde salım hızında etkili olan basamak kimyasal reaksiyondur. Bu sistemlerde kullanılan polimerler, çözünen veya çözünmeyen tipte olabilir [37]. Şekil 2.5. Kimyasal kontrollü sistemlerden zincire takılı sistemlerin şematik gösterimi. III. Çözücünün Harekete Geçirdiği Sistemler: a. Şişme Kontrollü Sistemler: Şişme kontrollü sistemlerde, etkin madde şişebilen hidrofilik polimer matriks maddesi içinde homojen olarak çözünmüş veya dağılmıştır. İn-vivo ortamda, sıvının matriks içine girmesiyle birlikte polimer şişmekte ve etkin madde açığa çıkmaktadır.(şekil 2.5.) Şişen polimer, kauçuk benzeri yapısı nedeniyle etken maddenin dışarıya difüzyonuna imkân sağlamaktadır. Hidrofilik matriks maddesi biyolojik sıvıyı çekerek kenardan merkeze doğru bir jel

36 18 tabakası oluşturur. Bu jel tabakası tarafından etkin madde salımı kontrol edilir yani etkin madde salımı, polimer matriksin şişme hızına bağlıdır [9, 36]. Şekil 2.6. Şişme kontrollü salım sistemlerinden etken maddenin salım mekanizması b. Osmotik Kontrollü Sistemler: Osmotik kontrollü sistemlere ilk örnek olarak Alzet firması tarafından geliştirilen Acutrim Tablette dir. Bu sistemlerde, etkin maddenin salımı osmotik basınç ile aktive edilmektedir. Sıvı veya katı olarak seçilen etkin maddenin bulunduğu çekirdek kısmı yarı geçirgen bir zarla çevrelenmiştir (Şekil 2.6) Sistem su veya biyolojik ortamda sıvı ile temas sonucu aktif hale gelmekte, su veya sıvı yarı geçirgen membranın gözeneklerinden içeriye girerek, etkin maddeyi çözmektedir. Çözünen etkin madde, sistemde lazerle açılmış ve çapı etkin maddenin salım hızına göre ayarlanmış olan delikten açığa çıkmaktadır. Bu sistemlerden etkin maddenin çıkış hızı polimerin cins ve kalınlığı, çekirdek içeriği ve çıkış deliği çapı ile ayarlanabilmektedir. Ayrıca osmotik basınç farkı kontrol altında tutularak salım hızı istenen düzeyde tutulabilir. [38,39].

37 19 Şekil 2.7. Çözücünün harekete geçirdiği sistemlerden osmotik kontrollü sistemin şematik gösterimi İlaç salım kinetiği Çözünme hızının kontrol edilebilmesi, etken madde salım mekanizmalarının yorumlanması ve farklı formülasyonlar arasında karşılaştırma parametrelerinin elde edilmesi için çözünme hızı verilerine çeşitli matematiksel modeller uygulanmaktadır. Bu modellerin birçoğuna Fick in difüzyon yasasına ait eşitliklerin çözümlenmesiyle ulaşılır. İlaç salım kinetiği, polimerin şişmesi, polimer erozyonu, ilaç çözünme/difüzyon karakteristikleri, matris içinde ilacın dağılımı, ilaç/polimer oranı ve sistem geometrisi (silindir, küre vb.) gibi birçok faktörden etkilenir [40,41]. Sıfırıncı Derece Kinetik: Kontrollü etkin madde salımının sağlanması için biyobozunur polimerlerin kullanılmasıyla hazırlanmış mikropartiküler sistemlerde amaç sıfırıncı derece kinetik ile etkin madde salımının sağlanmasıdır. [42]. Matematiksel olarak sıfırıncı derece salıma ait hız ifadesi aşağıdaki eşitlikle verilmektedir. dc = k0 dt (2.1) Eş. 2.1 in 0 a giderken integrali alındığında, Eş. 2.2 elde edilmektedir. C = C0 k0t C : t anında çözünmeden kalan etkin madde miktarı, C 0 : Başlangıçtaki etkin madde miktarı, (2.2)

38 20 k 0 : Sıfırıncı derece salım hız sabitidir. T : Zaman Yukarıdaki denklemde yer alan k çözünme hız sabiti çözünmeden kalan etkin maddenin zamana karşı grafiğe geçirilmesi ile elde edilen doğrunun eğimine eşittir. Birim zamanda biyolojik sıvıya geçen etkin madde miktarı sabittir ve hız zamana bağlı değildir. Tedavi amacıyla etkin madde vücuda verilirken, değişmeyen bir kan seviyesi oluşturmak isteniyorsa sıfırıncı derece kinetik ile verilmelidir [9]. Birinci Derece Kinetik: Matematiksel olarak birinci derece salıma ait hız ifadesi aşağıdaki eşitlikle verilmektedir. dc = kc dt (2.3) Eşitliğin 0 a giderken integrali alındığında, aşağıdaki eşitlik 2.4 elde edilmektedir. ln C = ln C kt C t 0 : t anında çözünmeden kalan etkin madde miktarı, C 0 : Başlangıçtaki etkin madde miktarı, k : Birinci derece salım hız sabitidir. T : Zaman (2.4) Eşitlikteki ln C değerleri zamana karşı grafiğe geçirildiğinde eğimi k olan bir doğru elde edilir. Birinci derece kinetikte, kan düzeyleri değişmez kalmayıp, birinci derece kinetikle azalır. Peppas Eşitliği: Etkin maddenin açığa çıkışının difüzyonla ve/veya polimerde meydana gelen gevşeme ile oluşunu açıklamak üzere Peppas ve ark. Tarafından geliştirilen denklem eşitlik 2.5 ile verilmiştir [43].

39 21 M t = kt M n (2.5) Eş. 2.5 in logaritmik formu eşitlik 2.6. ile verilmiştir. M log t = log k + nlog t M (2.6) Burada; M t : t zamanında salınan etkin madde miktarı, M : zamanda salınacak etkin madde miktarı, k : Salım yapan sistemin yapısal ve geometrik özelliklerini birleştiren bir sabit, n : Salım mekanizmasını tanımlayan deneysel bir parametre, t : Zamandır. Bu eşitlik salım mekanizması göz önüne alınmaksızın tabaka, silindir, küre ve disk gibi farklı geometrik şekillere sahip sistemlerden etkin madde salımını tanımlamaktadır. Şişen ve şişmeyen polimerik kontrollü salım yapan sistemlerde n değerine karşılık gelen salım mekanizmaları belirlenmiştir. n=0,5 ise polimer matriksten ilaç difüzyonu ve ilaç salımı Fick difüzyonunu takip eder. n>0,5 ise bir anormal ya da Fick e uymayan tipte ilaç difüzyonu gerçekleşir. n=1 ise Fick e uymayan difüzyon ya da durum II salım kinetiği geçerlidir. Eşitlikteki n değeri, etkin maddenin polimerden salım davranışını açıklayan önemli bir parametredir. Değişik geometrik şekiller için n parametresinin değerleri ve bu değerlerin hangi salım mekanizmalarına uyduğu çizelge 2.3. de gösterilmektedir [44].

40 22 Çizelge 2.2. Farklı geometrik şekiller için n parametresinin değerleri ve salım Mekanizmaları [45]. İnce film Silindir Küre İlacın salım mekanizması 0,5 0,45 0,43 Fick e uygun difüzyon (Durum I) 0,5<n<1,0 0,45<n<0,89 0,43<n<0,85 Fick e uymayan difüzyon (Durum II) 1,0 0,89 0,85 Durum II n>1,0 Süper Geçiş Biyolojik sıvıda şişen mikroküreler için difüzyon katsayısı Eş. 2.7 ile hesaplanır. rθ D = π 6M 2 (2.7) Burada; θ : M t /M t 1/2 grafiğindeki doğrunun eğimi, r : Küresel yapıdaki partiküllerin çapı, M : zamanda salınacak etken madde miktarıdır Kontrollü Salım Sistemi Olarak Mikroküreler Tanım ve özellikleri Mikroküreler; etkin maddeyi moleküler düzeyde partiküller halinde taşıyan, farklı fizikokimyasal özelliklere ve birkaç mikrondan mm boyutlarına kadar değişen çap dağılımına sahip, monolitik yapıdaki mikro taşıyıcılardır [46]. Son yıllarda ilaç salımı ile ilgili yapılan pek çok çalışma bozunur polimer mikroküreler üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu tür sistemler aracılığıyla ilacın verilmesi avantajlıdır çünkü mikroküreler oral yolla ve enjeksiyon yoluyla alınabilir, istenilen serbest salım

41 23 profilleri için uygun olabilir ve bazı durumlarda organ hedefli salım sağlayabilir. [47-49]. Mikrokürelerin taşıması gereken özellikler şunlardır; Etkin maddeyi kontrollü bir şekilde hedef bölgeye etkin maddenin yapısı ve aktivitesini değiştirmeden salmalı, İn-vitro ve in-vivo koşullarda dayanıklı olmalı, Etkin madde yapı ve aktivitesi üzerinde değişikliğe neden olmamalı, Düşük dozda etkin madde kullanımına olanak sağlamalı ve buna bağlı olarak toksisite azalmalı, Biyolojik sistemle uyumlu bir yapı göstermeli, Biyolojik olarak parçalanabilmeli ve parçalanma ürünleri toksik olmamalı, Düşük dozlara rağmen yüksek etki sağlamalıdır [9,50]. Mikrokürelerin bilimsel araştırmalarda çoğunlukla uygulandığı alanlar aşağıda verilmiştir [51]. Kanser kemoterapisi Kardiyovasküler uygulamalar İnsülin ve diğer peptid/protein salım sistemleri Kontraseptif uygulama (özellikle hormon salımı) Enfeksiyonların tedavisi - Antiviral ajanlar - Antibiyotikler - Antifungal ajanlar - Antiparazit ajanlar Bağışıklık kazandırma

42 Mikroküre hazırlanmasında kullanılan polimerler Mikroküre formu hazırlanacak olan polimerlerin seçiminde, ilacın tipi, özellikleri, kullanılış yolu, dozu ve salım süresi dikkate alınır. Mikroküre hazırlanmasında kullanılan polimerler biyolojik olarak vücutta parçalanmayan ve vücutta parçalanan polimerler olmak üzere iki ana grupta sınıflandırılabilir. Genel olarak bu polimerlerde aranan özellikler; Biyolojik çevre ile uyumlu olmaları, Doku ile teması halinde iltihap ya da irritasyona yol açmamaları, Kanserojen etki göstermemeleri, Toksik olmamalarıdır. Vücutta Parçalanan Polimerler: Bu polimerler suda çözünmezler fakat biyolojik sıvılarla temas edince hidroliz olurlar veya enzimlerle parçalanırlar. Etkin maddenin salımı polimerin aşınması ile paralel yürür. Biyolojik olarak parçalanan polimerler doğal ve sentetik polimerler olarak iki gruba ayrılır. Doğal polimerler, metabolize olabilmeleri, kararlılıkları ve büyüklük dağılımlarının kontrol edilebilir olmaları ve suda çözünen ilaçlar için yüksek yükleme kapasitesi sağladıkları için tercih edilirler. Sentetik polimerler ise, istenilen koşullara göre hazırlanabilmeleri, hazırlanma ve saklanma süreleri boyunca dayanıklı olmaları, fazla miktarda ve yüksek saflıkta üretilebildiklerinden dolayı tercih edilirler [9]. Biyolojik olarak parçalanabilen polimerlere örnekler Çizelge 2.3 de verilmiştir.

43 25 Çizelge 2.3. Biyolojik olarak parçalanabilen polimerler. Doğal Polimerler Kitin ve Kitosan Aljinat Dekstran Selüloz Nişasta Kollajen Jelatin Albumin Fibrinojen Biyoparçalanabilen Polimerler Sentetik Polimerler Poli(laktik asit) Poli(glikolik asit) Poli(hidroksivalerat) Psödopoliamino asitler Poli (amino asitler) Poliortoesterler Polianhidritler Polihidroksibütirat Polikaprolakton Poli(alkil-2-siyanoakrilatlar) Vinil türevleri, polikarbonat Poli(hidroksibutirat) Poli (hidroksivalerat) Vücutta Parçalanmayan Polimerler: Bu tip polimerler vücutta herhangi bir değişime uğramayan inert polimerlerdir. Hidrofil veya hidrofob yapıdadırlar. Taşıdıkları etken madde tamamen serbestleştikten sonra süresiz vücutta kalabilirler [44]. Biyolojik olarak parçalanmayan polimerlere örnekler Çizelge 2.4 de verilmiştir.

44 26 Çizelge 2.4. Biyolojik olarak parçalanmayan polimerler [51]. Silikon Poliüretan Selüloz asetat Poli(bütil metakrilat) Poli(etilen-ko-vinil asetat) Poli(iso bütilen) Poli(akrilamid-ko-akrilikasit) Poli(N-izopropil akrilamid) Poli(vinil asetat) Poli(etilen glikol akrilat) Poli(etilen glikol diakrilat) Poli(metakrilik asit) Poli(N-2-hidroksipropil metakrilamid) Poli(hidroksi etil metakrilat) Poli(hidroksietoksi etil metakrilat) Poli(hidroksidietoksietil metakrilat) Poli(metoksietil metakrilat) Poli(metoksietoksietil metakrilat) Poli(metoksidietoksietil metakrilat) Poli(etilen glikol dimetakrilat) Poli(N-vinil-2-pirolidon) Poli(akrilik asit) Poli(etilen glikol dimetakrilat) Poli(etilen glikol) Poli(etilen glikol metakrilat) Mikroküre hazırlama yöntemleri Bir mikroküre formülasyonu hazırlanırken, etken maddenin ve polimerin özellikleri, oluşturulacak kürelerin büyüklük dağılımının ve kararlılığının, etken maddenin kararlılığının göz önünde bulundurulması gerekir. Mikrokürelerin hazırlanması için çeşitli teknikler kullanılır. Bu teknikler Çizelge 2.5 de verilmiştir [9].

45 27 Çizelge 2.5. Mikrokürelerin hazırlanma yöntemleri Hazırlama Yöntemi Çeşitleri Polimerleşme Emülsiyon Oluşturma /Çözücü Buharlaştırma Koaservasyon Emülsiyon Polimerleşmesi Süspansiyon Polimerleşmesi Dispersiyon Polimerleşmesi Yağ/Su Emülsiyonu Su/Yağ Emülsiyonu Su/Yağ/Su Emülsiyonu Basit ve Kompleks Koaservasyon Polikondenzasyon Süspansiyon ve Emülsiyon Polikondenzasyonu Püskürterek dondurma Püskürterek kurutma Delik Yöntemi Dispers fazda jelleşme ve Çapraz bağlanma Mikrokürelerden etkin maddenin salımı Etken maddenin mikrokürelerden salımı yüzey aşınması, toplam küre dağılması, mikroküre hidratasyonu, etkin maddenin difüzyonu ve desorpsiyonu, sızma olayları ile gerçekleşir. Mikroküre ve mikropartiküllerden ilaçların kontrollü bir hızla salımı genel olarak aşağıdaki mekanizmalarla yürür. İlacın polimerik yardımcı maddede dağılımı, Polimer aşındıkça hapsedilmiş ilacın salımı, İlacın polimerik yardımcı maddenin gözeneklerinden salımı. Mikrokürelerden ilaç salımında etkili olan parametreler Çizelge 2.7 de özetlenmiştir [53].

46 28 Çizelge.2.6. Mikrokürelerden ilaç salımını etkileyen faktörler Etken Maddenin Polimerin Çözünme Ortamının Mikrokürenin Molekül kütlesi - Molekül ağırlığı - ph Hazırlama yöntemi - Polimerle -Biyoparçalanabilirliği - Sıcaklık - Partikül büyüklüğü etkileşimi - Kristal yapısı - Karıştırma hızı - Etkin madde miktarı -Partikül - Polarite -Yüzey özellikleri büyüklüğü - Enzim varlığı - Çapraz bağlayıcı -Mikroküre - Emülgatör varlığı derişimi içerisindeki - Çapraz bağlanma yerleşimi süresi Bu çalışmanın ikinci kısmında iç içe geçmiş ağ yapılı mikroküreler hazırlandığı için bu tip mikrokürelerle ilgili bilgi verilecektir İç içe geçmiş ağ yapılı (IPN) mikroküreler IPN lerin tanımı ve özellikleri İç içe geçmiş ağ yapılı polimerler ( IPN ) yaklaşık yirmi yıl önce sentezlenmeye başlanmıştır. Özellikle son altı-yedi yılda bu konu üzerine dikkat çekilmiş ve çok sayıda bilimsel araştırma yapılmıştır [54]. İlk kez Millar tarafından 1960 yılında ortaya atılan iç içe geçmiş ağ yapı ( interpenetrating polymer network, IPN), her iki polimerinde ağ yapı formunda olduğu, en az bir polimerin diğerinin varlığında aralarında herhangi bir kovalent bağ olmadan çapraz bağlandığı veya sentezlendiği yani iki ağ yapının birbiri içine girmesiyle oluşturulan polikarışımlardır (polyblendler). Bunlar, çok fonksiyonlu monomerlerin farklı mekanizmalar ile çapraz bağlanmaları ile sentezlendiklerinden ayrıca polimerleşen monomerler ve birleşme oranları, aktive edici ajanlar ve çapraz bağlayıcılar da önemlidir [55,56].

47 29 Şekil 2.8. IPN lerin yapıları ( A polimeri ; B polimeri) İç içe geçmiş polimerik yapılarda, birleşerek sentezlenen bir ya da daha fazla polimerik ağdan oluştuğu için bir tür iç içe geçme söz konusudur. Ancak, iç içe geçen polimerik ağ terimi, faz ayrımı ve morfoloji terimleri tam anlaşılmadan önce kullanılmıştır. Bugün çoğu IPN nin moleküler seviyede iç içe girmediği bilinmektedir ancak 10 nanometre büyüklüğündeki bölünmüş fazlardan oluşmaktadır [57]. IPN ler iki veya daha fazla polimerik ağ yapının arada herhangi bir kimyasal bağ olmadan karışmasıyla oluştuğu için, her bir ağ yapı kendisine ait özelliklerini koruyabilir. Dolayısıyla IPN lerden hazırlanan materyaller içerdikleri her bir polimerik ağ yapının değişik kimyasal özelliklerini gösterirler yani bir IPN, iki polimerin var olan değişik karakteristiklerinin bir bileşimidir. Bu IPN lerin en önemli avantajını oluşturur. Örneğin sıcaklığa veya ph ya duyarlı şişme gösteren farklı jelleri karıştırarak hazırlanacak bir ağ yapıda her iki özellik bir araya getirilmiş olur. Genellikle IPN ler diğer polimerik yapılardan daha iyi mekanik özelliklere de sahiptir, çünkü IPN yapılarda ağsı formlar arasında daha kuvvetli bağlanmalar söz konusudur. İdeal bir IPN homojen bir yapı sergilemelidir. Ancak, genellikle birçok IPN yapıda, kullanılan polimerlerin özelliklerinden dolayı homojenite sağlanamaz. [58].

48 30 Şekil 2.9. Basit ikili polimer kombinasyonları a) polimer karışımı (blend):zincirler arasında bağlanma yok, (b) aşı kopolimer, (c) blok kopolimer, (d) AB-aşı kopolimer, (e) IPN, (f) Semi-IPN [59]. IPN ler; polimer karışımlar, aşı kopolimerler ve blok kopolimerlerden iki yolla ayırt edilirler. Bunlardan biri, IPN lerin çözücü içinde çözünmeyip şişmeleridir. Diğeri ise IPN lerin iç yapısının, materyal sünmesi ve akışını engellemesidir. Ayrıca aralarında kovalent bağların olmamasıyla da kopolimerlerden ayrılırlar [54]. İkili polimer kombinasyonları Şekil 2.9 da şematik olarak gösterilmiştir. IPN lerin sınıflandırılması İç içe geçmiş ağ yapılı polimerler yapılarına göre; i. Yarı-IPN (semi-ipn) ii. Tam IPN (full-ipn) iii. Termoplastik IPN iv. Lateks IPN v. Gradient IPN olarak sınıflandırılmaktadır.

49 31 IPN ler sentez yöntemine göre iki alt gruba ayrılır [56]. i. Ardışık iç içe geçmiş ağ yapılı polimerler ii. Eş zamanlı içi içe geçmiş ağ yapılı polimerler (SIN) i. Yarı-IPN (semi-ipn) Yarı IPN lerin bileşenlerinden biri, ağ yapısı yerine doğrusal veya dallanmış yapıya sahiptir[58]. Doğrusal bileşenler IPN in bazı özelliklerini değiştirir. Bu IPN lerin bazılarında, eğer doğrusal bileşen malzemede çoğunluğu oluşturuyorsa çıkartılabilir. Akılda tutulması gereken şey eğer malzeme uygun miktarda çözücü ile ekstrakte edilirse IPN in doğrusal bileşeninin kolayca ortamdan kaldırılabilmesidir. Bu tür IPN ler ya ardışık ya da eş zamanlı polimerizasyon yöntemi ile sentezlenebilirler [55-60]. Yarı-IPN ler Şekil 2.10 da şematik olarak gösterilmiştir. Şekil Yarı-IPN temsili yapısı ii. Tam IPN (Full-IPN) Aralarında çapraz bağların veya kovalent bağların olmadığı iki ya da daha fazla polimerik ağ yapıdan oluşmuş bir malzemedir [56,61]. Tam-IPN in yapısı Şekil 2.11 de şematik olarak gösterilmiştir. Şekil Tam-IPN temsili yapısı

50 32 iii. Termoplastik IPN Termoplastik IPN fiziksel çapraz bağların kimyasal çapraz bağlardan daha çok olduğu IPN türleridir. En az bir bileşenleri blok kopolimer, diğer bileşen ise genellikle yarı kristal ya da camsı bir polimerdir. Şekillendirilebilir ve geri dönüştürülebilirler. iv. Lateks IPN IPN lerin çoğu termoset özelliğe sahip oldukları için oluşturulduktan sonra kalıplanamazlar. Bu sorunu aşmak için Lateks IPN ler kullanılır. Lateks IPN ler; çekirdekkabuk yapısını gösteren lateks parçacıkları şeklinde elde edilen yapılardır [58]. v.gradient IPN Gradient IPN ler ise; çapraz bağ yoğunluğunun ya da bileşiminin, bir bölgeden diğerine geçildiğinde sırasıyla her bir bileşenin özelliğini gösterdiği yapılar olarak tanımlanmaktadır [58]. IPN lerin sentezi Çok sayıda araştırmacının, IPN formu hazırlamak için, doğal ve sentetik polimerlerin çeşitli kombinasyonlarını kullandıkları kaydedilmiştir. Çeşitli yöntemlerle eşsiz topolojiye sahip IPN ler üretilebilmektedir. IPN ler Ardışık polimerizasyon ya da eş zamanlı polimerizasyon ile sentezlenebilirler [56]. i. Ardışık Polimerizasyon Yöntemiyle (Sequential) IPN Sentezi: Monomerlerden biri çapraz bağlayıcı ve katalizör ile polimerleştirilerek ağ (network) oluşturulur; daha sonra ikinci monomer ve katalizör bu ağ içinde çapraz bağlanarak IPN sentezlenir. Bu yöntemle IPN sentezi Şekil 2.12 de şematik olarak verilmiştir.

51 33 Şekil Ardışık IPN Sentezi [59]. ii. Eş Zamanlı Polimerizasyon Yöntemiyle (Simultaneous) IPN Sentezi : Bu yöntemle IPN, iki farklı monomerin ve her birinin kendine ait çapraz bağlayıcı ve katalizörünün bir arada tek bir aşamada polimerleşmesi ile oluşur. Bu işlemi başarmanın anahtarı, bu iki bileşenin birbiriyle reaksiyon vermeden polimerleşmesidir. Bu, çoğunlukla ağlardan birini kondenzasyon reaksiyonu ile diğerini ise serbest radikal reaksiyonu ile polimerleştirerek sağlanır [57]. Eş zamanlı polimerizasyon yöntemi ile IPN sentezi Şekil 2.13 de şematik olarak verilmiştir. Şekil Eş zamanlı IPN sentezi [59]. IPN lerin kullanım alanları

52 34 Günümüzde IPN ler endüstride ve diğer alanlarda giderek artan uygulamalara sahiptir. IPN ler ile ilgili çalışmalar sadece kimyasal açıdan değil, kimya mühendisliği, eczacılık, yiyecek endüstrisi, biyoloji, biyokimya ve tıp gibi diğer kullanım alanları açısından da oldukça önem kazanmıştır. [55,62]. IPN lerin biyotıp alanındaki en yaygın kullanımları; diyaliz membranlar, yapay implantlar, yara ve yanık örtü zarı yapımı ve kontrollü salım sistemleridir. Bunların dışında IPN yapıdaki malzemeler; boyalarda damping (nem tutma) özellikteki madde olarak, otomotiv sektöründe araba lastiği, ultra yüksek darbe dirençli otomobil parçaları yapımında sert plastik, boru, kablo, hortum, conta gibi inşaat malzemeleri yapımında kullanılırlar [62-64]. IPN lerin mikrokürelerden ilaç salımında kullanımları IPN ler ile ilgili çalışmalar, ilaç salımında spesifik salımı karşılamak için modifiye edilecek özelliklere uygun bir yöntem sağladığından dolayı oldukça büyük ilgi çekmektedir. Bu yöntemler arasında, IPN mikrokürelerin gelişimine de büyük önem verilmiştir ve son yıllarda IPN mikrokürelerden kontrollü ilaç salımı ile ilgili birçok çalışmaya rastlanmaktadır. Kahtani Ahmed ve arkadaşlarının 2008 yılında yaptıkları çalışmada; Kitosan (CS) ve akrilamit-aşı-hidroksietilselüloz (AAm-g-HEC) un IPN yapıdaki mikroküreleri çapraz bağlayıcı olarak GA kullanılarak emilsyon çapraz bağlama yöntemi ile hazırlanmıştır. Bir antienflamatuar ilaç olan diklofenak sodyum (DS), değişen CS ve AAm-g-HEC oranları, yüklenmiş ilaç yüzdesi ve eklenen GA miktarları altında IPN mikroküreler içerisine kapsüllenmiştir [65]. Ajit P.Rokhade ve arkadaşlarının 2006 yılında yaptıkları çalışmada; Dextran üzerine aşılanmış akrilamit (AAm-g-Dex) ve CS semi-ipn mikroküreler çapraz bağlayıcı ajan olarak GA kullanılarak emülsiyon-çapraz bağlama yöntemi ile hazırlanmıştır. Salım 12 saate kadar uzatılmıştır. İlk ani salım ile %20 den %40 a kadar çeşitlilik

53 35 gösteren kümülatif salım daha sonra matrikslerden 12 saate kadar uzayan %80 lik kümülatif ilaç salımı değerine varmıştır [66]. V.Ramesh Babu ve arkadaşlarının 2007 yılında yaptıkları çalışmada; N-N ı - dimetilakrilamit ve kitosan ph duyarlı semi-ipn esaslı mikroküreleri su/yağ emülsiyon tekniği ile hazırlanmıştır. DSC, FTIR ve X-RD ile semi-ipn yapının karakterizasyonu yapılmıştır. Mikrokürelerin pürüzsüz yüzeyleri SEM(Taramalı Elektron Mikroskobu) ile gösterilmiştir. Tansiyon düşürücü bir ilaç olan Chlorothiazide in (CLT) kümülatif salımı ph 1,2 ve 7,4 ortamlarında araştırılmıştır. [67] Kullanılan Etken Madde ve Destek Materyalleri Piridostigmin bromür Güçlü ve tersinir bir asetilkolinesteraz inhibitör olan PB, 50 yılı aşkın süredir miyasteni gravis hastalığının semptomatik tedavisinde tercih edilen bir ilaç olmuştur. Aynı zamanda kimyasal savaş ajanları için bir ön maruz kalma panzehiri ve ameliyat sonrası geri dönüş için nondepolarizan bir kas gevşeticidir. Piridostigmin bromürün sürekli salım formlarına sınırlı sayıda ülkede (örneğin Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya) ulaşılabilirdir [68-70]. Kuarterner amonyum karakterinde, beyaz ya da hemen hemen beyaz,kristalin ve nem çekici özelliktedir [69]. Yapısı Şekil 2.14 de gösterilmiştir. Şekil Piridostigmin bromürün kimyasal yapısı.

54 36 Kapalı Förmülü: C 9 H 13 BrN 2 O 2, IUPAC İsmi: 3-[(dimetilarbamol)oksi]-1-metilpiridinyum bromid, Molekül Ağırlığı: 261,116 gmol -1, Erime Noktası: C, Çözünürlüğü: Suda ve etanolde (%96) çok çözünür. Eter,aseton ve benzende pratik olarak çözünmez. pka : Kuvvetli bazik [68]. Piridostigmin bromür kuarterner amonyum karakterinde olmasından dolayı, gastrointestinal kanalda zayıf ve değişken şekilde absorplanır. Neostigmine e göre daha yavaş etkili olmasına rağmen daha uzun etki süresine sahiptir. Daha az sıklıkta dozlama ihtiyacı olduğu için tercih edilmektedir [71]. Piridostigmin bromürün farmakinetik özellikleri Çizelge 2.7 de verilmiştir. Çizelge 2.7. Piridostigmin bromür ün farmakinetik özellikleri [71]. Değer Birim Açıklama Absorpsiyon % Dağılım Dağılma hacmi 0,53-1,8 l/kg Plasma protein bağlanımı ihmal edilebilir Metabolizma Ana metabolit hidroliz ürünü 3-hidroksi-N-metilpiridinyum Plazma yarı ömrü 0,38-1,9 saat Biyolojik yarı ömür Atılım 0,52 l/saat Oral dozun %16 ya kadar olan kısmı ürinle(idrarla) değişmeden atılır.

55 37 Yan etkileri Bulantı, kusma, tükrük salgısı artışı, ishal ve yüksek dozlarda daha belirgin olarak karın krampı görülür. Antikolinesterazların muskarinik etkileri; terlemede artış, salya, gastrik salgıda artış, ayrıca gastrointestinal ve uterinde hareketlilik ve bradikardidir. Ancak bunlar PB de diğer antikolinesterazlara göre daha zayıftır [71]. Kontrendikasyonları İntestinal ve üriner tıkanma [71] Kitosan Kitin, poly-(164)-n-asetil-d-glukozamin yapısında olan, yapısı selüloza benzeyen ve selülozdan sonra dünyada en yaygın olarak bulunan ikinci yenilebilir biyopolimerdir [72]. Genel olarak yengeç, karides, midye gibi bazı deniz kabuklularının ana bileseni olup, sinek, çekirge, örümcek gibi bazı böceklerin iskeletinde ve mantarların hücre duvarlarının yapısında da bulunmaktadır. Dünyada yıllık kitin üretiminin yaklaşık 150x10 3 ton civarında olduğu belirtilmektedir. Bunun 56x10 3 tonu karidesten, 39x10 3 tonu çesitli deniz kabuklularından, 32x10 3 tonu mantarlardan ve 23x10 3 tonu istiridyelerden elde edilmektedir [73,74]. Kitinin ticari olarak kullanımı, beraberinde bulunan proteinlerin uzaklaştırılmasındaki güçlükler nedeniyle sınırlı kalmaktadır. Kitinin birçok türevi bulunmakla beraber, bunlar arasında en önemlisi kitosandır. Kitosan, kitinin alkalin deasetilasyonu ile elde edilen amorf yapıda bir poliaminosakkarit ve doğal olarak meydana gelebilen birkaç katyonik polielektrolitten biridir [73,75]. Kitosanın kimyasal yapısı, poli-[b-(1,4)-2-amino-2-deoksi-b-d-glukopiranoz] şeklindedir. Kitinde asetamid (-NHCOCH 3 ), kitosanda ise amin (-NH 2 ) grubu bulunmaktadır. Kitin ve kitosanın yapısal formülü Şekil 2.15 de gösterilmiştir.

56 38 Şekil Kitin ve kitosanın yapısal formülü Kitosan, ilk kez 1811 yılında Henri Bracannot tarafından keşfedilmiştir. Bracannot, mantarlarda bulunan kitini sülfürik asitte çözmeye çalışmış ancak başarılı olamamıştır de Hoppe-Seyler, kitini potasyum hidroksit içerisinde 180ºC de işleme sokmuş (deasetilasyon) ve asetil içeriği azaltılmış bir ürün olan kitosan ı elde etmiştir [76]. Kitinin deasetilasyon tepkimesi Şekil 2.16 da verilmiştir. Şekil Kitinin deasetilasyonu İyi biyouyumluluk, düşük toksisite ve biyobozunurluk gibi olumlu özellikleri nedeniyle son yıllarda biyomedikal ve ilaç alanında kitosan kullanımı artmıştır [77].

57 39 Çizelge 2.8. Kitosanın teknik üretim koşulları [6]. Adım Kimyasal Madde Sıcaklık ( C) Süre Deproteinizasyon % NaOH saat Demineralizasyon % 2-8 HCl saat Dekolorizasyon Çeşitli organik Yıkama, 60 dk çözücüler(naocl,h 2 O 2 ) Deasetilasyon % NaOH saat Kitosan, her tekrarlayan birimdeki primer (C-6), ve sekonder (C-3) hidroksil grupları ile amin (C-2) grubu olmak üzere toplam üç tane reaktif gruba sahiptir. Bu reaktif gruplar kolayca kimyasal modifikasyona uğrayabilmekte ve kitosanın mekaniksel ve fiziksel özellikleri ile çözünürlüğünü değiştirmektedir [78]. Kitosanın özelliklerine etki eden parametreler; deasetilasyon derecesi, molekül kütlesi, viskozite, çözünürlük ve renk şeklinde sıralanabilir. Deasetilasyon Derecesi Kitin ve kitosan arasındaki temel farklılık, yapılarındaki asetil içeriğinden kaynaklanmaktadır. Deasetilasyon işlemi, kitinin molekül zincirindeki asetil gruplarının uzaklaştırılması işlemidir, böylece geride sadece amin grubu kalmaktadır. Bu işlem sonunda asetil gruplarının uzaklaştırılma derecesi Deasetilasyon Derecesi (DD) olarak tanımlanır. DD başta çözünme özelliği olmak üzere tüm fizikokimyasal özellikler üzerinde etkili olduğundan kullanım alanını da doğrudan belirleyen oldukça önemli bir parametredir. DD ayrıca biyobozunurluluğu ve immünolojik aktiviteyi de etkiler [78]. Molekül kütlesi Molekül kütlesi kitosanın antimikrobiyal aktivitesini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Kitosanın molekül kütlesi 3800 ile aralığındadır.

58 40 Kitosanın molekül kütlesi ayrıca deasetilasyon koşullarına (sıcaklık, zaman ve NaOH derişimi) ve çok yüksek sıcaklığa bağlı olarak da değişebilmektedir [79]. Viskozite Kitosanın viskozitesi iyonik güç ve ph derecesi gibi parametrelere bağlıdır. Yaklasık 4 C de depolanan kitosan çözeltisinin viskozite açısından en iyi stabiliteyi gösterdiği görülmüştür [77,78]. Kullanılan kitosan çeşitlerine ait viskozite değerleri Çizelge 2.11 de verilmiştir. Bu çalışmada (highly viscouse) tipi kitosan kullanılmıştır. Çizelge 2.9. Kullanılan kitosan çeşitlerinin fizikokimyasal özellikleri Kitosan Çeşitleri Deasetilasyon Derecesi (%) Viskozitesi (cps) 81, , , Çözünürlük Kitin ve kitosan arasındaki en belirgin farklılık, çözünürlük özelliklerinin farklı olmasıdır. Kitin, çok miktardaki molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağları ile yarı kristalin yapıda bir polimerdir. Bu nedenle sulu, alkali ve organik çözücülerde çözünmez. Kitosan, tekrarlanan amino grupları olduğu için ve katyonik yapısı sayesinde yapısındaki amonyum grubu asidik ortamdan etkilenir. ph<6 ortamında bazı asit çözeltilerinde kolayca çözünebilmektedir. Diğer yandan, inorganik asitler içerisinde kitosanın çözünürlüğü oldukça düşüktür. Kitosanın çözünmesi amacıyla genellikle asetik asit, formik asit ve laktik asit gibi organik asitler kullanılmaktadır. Enkapsülasyon işlemlerinde kullanılacak kitosan çözeltisinin hazırlanmasında genellikle asetik asit ve daha az ölçüde formik asit kullanılır [78].

59 41 Kitosanın çözünürlük özellikleri, sıcaklık, çözücü konsantrasyonu ve asetil gruplarının dağılımı, ph, N-asetilasyon gibi birçok parametreye bağlıdır. Asidik ortamda NH 2 grubu NH + 3 şeklinde bulunmakta ve katyonik yapısından dolayı anyonik polielektrolitlerle suda çözünmeyen kompleksler oluşturmaktadır. Bu sebeple kitosan çoğunlukla atık su arıtma için topaklayıcı olarak kullanılmaktadır [77]. Çizelge 2.12 de çeşitli organik asitler içinde kitosanın çözünürlüğü verilmiştir. Çizelge Kitosanın çeşitli organik asitler içinde çözünebilirlik durumu [78]. ASİTLER KİTOSAN DERİŞİMİ %1 %5 %10 %50 %50 Asetik Sitrik Formik Laktik Malik Malonik Tartarik (+): çözünebilir, (-) çözünemez Renk Kitin ve kitosanın rengi karotenimsi pigmentten kaynaklanmaktadır. Toz halindeki kitosan fizikel olarak oldukça yumuşak olup rengi açık sarıdan beyaza kadar çeşitli tonlarda değişebilmektedir [78]. Kitosanın kullanım alanları Kitosan kolay kullanım, ucuzluk, antifungal ve bakteriostatik özelliklere sahip olduğu için tıptan gıdaya, ziraatten kozmetiğe, eczacılıktan atık su arıtımına ve tekstil sektörüne kadar sayısız alanda kullanılabilmektedir. Biyouyumluğu ve biyolojik olarak kolay parçalanma özelliği kimyasal modifikasyonlarda kullanımda kolaylık

60 42 sağlamaktadır. Kitosan, canlı hücrelerin immobilizasyonu/salımı ve protein/peptit ilaçların oral salımı için uygun polimer maddesi ile kaplanması konularında da incelenmektedir [81]. Kitosanın uygulama alanları Çizelge 2.13 de verilmiştir. Çizelge Kitin, kitosan ve türevlerinin uygulama alanları [75,78]. Uygulama Alanı Özel Kullanım Alanları Medikal Alan Yapay deri ve yara iyileştirme elbiseleri Kanı pıhtılaştırıcı madde Hidrojel yapımı Antikoagülant ve antitrombojenik materyaller (sülfatlanmıs-kitin türevleri olarak) Kan diyaliz membranları Kontakt lens yapımı İlaç salım teknolojileri Kozmetik Saç şekillendirici yapımı Nemlendirici kremlerde Antikolestrol ve yağ bağlayıcı olarak zayıflama maddesi Aftershave, deodorantlarda koku giderici madde Biyoteknoloji Kromatografik yöntemlerde Enzim immobilizasyonunda Sentetik fiber üretimi Gıda Doğal kıvam arttırıcı Yiyecek işlemede (örneğin şeker işleme) Filtreleme ve temizleme Zayıflama ürünleri Atık yiyeceklerin tekrar işlenmesi Ziraat Bitki katkı maddesi Antimikrobiyal madde Bitki tohumu kaplanması Gübre yapımı İnsektisid ve nematositlerde Su arıtımı Kirlenmiş atık sular için koagülasyon ve flokülasyon Atık sudaki metal iyonlarının uzaklaştırılması ve geri kazanımı

61 43 Biyouyumluluk özelliğine sahip kitosan, çesitli ilaç formülasyonlarında uygun bir matris maddesi olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Çesitli ilaçlar, kitosan matris içerisine (film, mikroküre, kaplanmış tablet vb.) yerleştirilmektedir. Kitosanın serbest amin grubu katyonik özellik kazandırması nedeniyle negatif yüklü ilaçlar, polimerler ve biyoaktif moleküllerle etkileşimini sağlamaktadır. Midede tahrişi engelleyen antiasit ve antiülser aktivitelere sahip olması da kitosanı ideal materyal haline getirmektedir [82]. Birçok araştırmacı, kitosan ve kitosan kaplı sodyum aljinat mikrokürelerden etkin madde salımı konusunda farklı çalışmalar yapmışlardır. Kitosan kaplı sodyum aljinat mikroküreleri elde etmek için nispeten hafif çapraz bağlama koşulları ve bu iki doğal polimerin toksik olmaması ve biyobozunurlukları onları çok çeşitli aktif ajanlar dahil, proteinlerin, enzimlerin, antikorların, hücrelerin, DNA nın ve ilaçların kapsülasyonunda etkin olarak kullanılmasına sebep olmuştur [19]. Etken maddenin kitosan mikrokürelerinden salım karakteristiklerini etkileyen birçok faktör vardır. Bu faktörler arasında; kitosan derişimi ve molekül kütlesi, etken madde /kitosan oranı karıştırma hızı, kullanılan çapraz bağlama işlemi, çapraz bağlama ajanının türü ve konsantrasyonu, yağ tipi, katkılar sayılabilir [78] Sodyum aljinat Aljinat, kahverengi alglerden elde edilen, doğal olarak bulunan ve D-mannuronik asit ile D-gluronik asitin (1-4) bağlanmasından oluşan anyonik bir kopolimerdir. [83]. İlk kez Stanford tarafından 1880 yılında saf olarak elde edilen aljinatın yapısında D- mannuronik asitin bulunduğu Nelson ve Carter tarafından 1930 yılında, mannuronik asit (M)ile birlikte guluronik asitin (G) varlığı ise, Fischer ve Dörfel tarafından 1955 yılında ortaya konulmuştur [53]. Kalıntılar bileşim ve diziliş bakımından çok farklı olabilirler ve zincir boyunca bloklar halinde bulunurlar. Aljinatın yapısı Şekil 2.17 de verilmiştir.

62 44 Şekil Gluronik ve mannuronik asit içeren sodyum aljinatın yapısı Aljinik asit kokusuz, beyazla sarımsı arası bir renkte, lifli ya da granüler toz yapıdadır. Kimyasal formülü (C 6 H 7 NaO 6 ) n olan sodyum aljinatın molekül kütlesi yüksektir ve molekül kütleleri arasında değişmektedir. Molekülün uzunluğu arttıkça viskozite artmaktadır. Hazırlama yönteminin değiştirilmesiyle farklı molekül ağırlıklarına sahip aljinatlar elde edilmektedir [10,84]. Çizelge Aljinatların viskozite ve molekül ağırlıklarına göre gruplandırılması Aljinat Tipi Molekül ağırlığı Polimerizasyon derecesi Düşük viskoziteli ( ) Orta viskoziteli ( ) Yüksek viskoziteli aljinat ( ) Sodyum aljinatın jelleşme hızı yüksektir ve istenildiğinde bazı uygulamalarla jelleşme hızı düşürülebilir. Sodyum aljinat ısıya dayanıklı ve geriye dönüştürülemeyen özellikte jel oluşturur. Ca 2+ gibi iki değerli katyonların varlığında iyonik olarak çapraz bağlanabilir ve hidrojel oluşturabilir. Ca 2+ iyonlarının sodyum iyonları ile yer değiştirmesi sonucunda sıkı, kırılgan ve bulanık bir jel oluşur. Sodyum aljinat çözeltisine kalsiyum iyonları ilave edildiğinde, kalsiyum iyonları aljinat çözeltisindeki karboksil ve hidroksil gruplarına bağlanarak yumurta-kafes

63 45 (egg-box) modeli oluşturmaktadır [83,85]. Şekil 2.18 de yumurta-kafes modeli şematik olarak gösterilmiştir. Şekil Yumurta-kafes (egg-box) modeli G bloğu içeriği daha yüksek olan aljinatlarda, guluronik asitin yapısındaki karboksil ve hidroksil gruplarının arasındaki uzaklığın mannuronik asite göre daha kısa olmasından dolayı, M bloğu içeriği zengin olanlara göre bağlanma ve jel oluşumu daha güçlüdür [86]. Sodyum aljinat suda viskoz ve kolloidal bir çözelti oluşturarak çözünmektedir ve su tutma kapasiteleri yüksektir. ph a duyarlı davranış gösterirler, mide sıvısı gibi asitlik değeri yüksek sıvılarda hidrate olarak çözünmez duruma gelirler. İntestinal bölge gibi ph değeri yüksek sıvılarda ise çözünerek viskoz bir tabakaya dönüşürler [87]. Aljinatın kontrollü salım sistemlerinde kullanılması Aljinat, oral kontrollü salım sistemlerinde en çok çalışılan ve uygulanan doğal polisakkarit polimerlerden biridir [9]. Birçok biyolojik ajanın hapsedilmesi ve/veya taşınmasında kullanılmasına imkan veren üstün özelliklere sahiptir [85]. Aljinatın biyouyumlu olması, toksik olmaması ve biyoparçalanabilir olması nedeniyle farmasötik dozaj şekillerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Aljinat tipi ve kaplama ajanı seçilerek dozaj formunun gözenek çapı, bozunma hızı ve de salım kinetiği kontrol edilebilmektedir [10].

64 46 Çizelge Aljinatın oral kontrollü salım sistemlerindeki uygulamaları [86]. Sınıflandırma Aljinatın Kökeni Hücreler için mikrokapsüller Peptitlerin mikropartikülleri Küçük moleküller için mikropartiküller Matriks tabletler Hücrelerde depolanmış aljinat Thiol grubu içeren aljinat Aljinat Aljinat Kitosana benzer şekilde polielektrolit yapıda olması, mikroenkapsülasyon işlemlerinde kullanılmasını avantajlı hale getirmektedir. Bu sayede çapraz bağlanmaya olanak sağlayarak, farmasötik dozaj şekillerinden kontrollü salım sağlanmaktadır [87]. Aljinatların diğer kullanım alanları Çizelge 2.14 de verilmiştir. Çizelge Aljinatın diğer kullanım alanları Uygulama Alanı Tıp Eczacılık Gıda Ziraat Özel Kullanım Alanları İmplantlarda, Yara iyileşmesinde ve hemostatik etkisi nedeniyle cerrahi malzemelerde, Diş hekimliğinde ölçü alma maddesi olarak, Oral, rektal, parenteral, transdermal, oftalmik ve lokal olarak kullanılan çeşitli formülasyonlarda Orta ve yüksek vizkozluktaki aljinatlar kıvam verici ve stabilizatör olarak Pestisitlerin kontrollü salımında, Tekstil ve Kağıt Endüstrisi Çeşitli Endüstriyel Alanlar Boyaların akış özelliklerinin ayarlanması ve reaktif boya baskısının yapılmasında Kağıda sertlik kazandırılmasında Jel, film olusturan, su tutan ve stabilize edici ajanlar olarak, Plastik tutkallarda, cam macunlarında, pilin katmanları arasında izolasyonun sağlanmasında, yapay tahta üretiminde

65 Metil selüloz Metil selüloz (MC), biyolojik olarak parçalanabilen ve doğada en çok bulunan biyopolimer olan selülozun değiştirilmesi ile elde edilen kimyasal bir bileşiktir. Kimyasal olarak, selülozun bazı hidroksil gruplarındaki hidrojen atomlarının metil grupları ile yer değiştirilmesi (-OCH 3 ) sonucu oluşan selülozun metil eterlerindendir. Yapısında metil grubunun bulunması, hidrofilik bir yapı kazandırarak şişme davranışı göstermesine neden olur. Saf halde metil selüloz beyaz toz halinde bulunur. Selüloz gibi, sindirilemez, toksik ve alerjik değildir [88,89]. Şekil Metil selülozun yapısı R= H veya CH 3 Suda çözünürlük limitleri metil sübstitüentlerin selülozik omurga boyunca C-2, C-3 ve C-6 pozisyonlarındaki dağılımına bağlıdır [90]. Sıcaklık ve selülozik omurga boyunca metil grublarının dağılımı değiştiğinde tamamen farklı özellikler gösterir. Soğuk suda yoğun bir çözelti ya da jel oluşturarak çözünebilirken, etanol, eter ve kloroform gibi organik çözücülerde çözünmez. Çözücü olarak genellikle glacial asetik asit kullanılır [91]. Toksik olmaması, düşük maliyeti ve kolay işlenebilirliği yüzünden çevre dostu ürünlerin yapımında, kaplama ve toprak özelliklerinin iyileştirilmesinde (malçlama); gıda alanında, E 461 kapsamında gıda katkı maddesi, kıvam artırıcı, emülsifiye edici ve dayanıklaştırıcı madde olarak kulanılır. Metil selülozun diğer kullanım alanlarına ilaç endüstrisi, kök hücre ayrıştırılması, kabızlık tedavisi, yağlama malzemesi, suni gözyaşı ve salya gibi biyomalzemelerin üretimi, antibakteriyel laboratuar malzemelerinin üretimi, kağıt ve tekstil sektöründe boyutlandırma işlemi, şampuan,

66 48 diş macunu sıvı sabun gibi ürünlerde kıvam ayarlayıcı, tutkal ya da sargı malzemesi, inşaat malzemesi gibi birçok yer örnek olarak gösterilebilir [92,93]. Metilselüloz 1976 yılından beri, göz içi lens implantasyonunda, kornea endoteli zarar görmesini önlemek için ameliyatlarda kullanılmaktadır [94]. GA gibi bir çapraz bağlayıcı ajan tarafından polimer zincirleri arasında kovalent bağların oluşumu MC un potansiyel biyobozunurluğunu geliştirmek için kullanılan bir yöntemdir. Çapraz bağlar oluşturulduğunda MC un polimer zincirleri arasındaki farklılıkların azalması sağlanır [93].

67 49 3. MATERYAL VE METOT 3.1. Materyal Kimyasal maddeler Etken madde olarak kullanılan piridostigmin bromür Sigma-Aldrich (Steinheim, Germany) den temin edilmiştir. Dolgu maddesi olarak kullanılan NaAlg Fluka (orta viskoziteli; Molekül kütlesi arasında), CS Fluka (yüksek viskoziteli; Molekül kütlesi ) ve MC ise Sigma dan temin edilmiştir (orta viskoziteli; Molekül kütlesi ). Çapraz bağlayıcı olarak kullanılan CaCl 2 Merck, gluteraldehit ise Fluka ürünüdür. Diğer kimyasallardan asetik asit Merck den, HCl ve n-heksan Carlo Erba Reagents dan, Span-85 Fluka dan, parafin Aklar Kimya dan, izopropil alkol ise Rıedel-De Haen AG den temin edilmiştir Kullanılan cihazlar Peristatik pompa: Mikrokürelerin oluşturulmasında Unitest marka peristatik pompa, 150mL.h -1 akış hızında kullanılmıştır. UV spektrofotometresi: Hazırlanan mikrokürelerden salınan piridostigmin bromür miktarları, Unicam UV2-100 UV/Vısıble spektrofotometresi kullanılarak 270 nm dalga boyundaki absorbsiyon pikinin şiddetinden tayin edilmiştir. FTIR spektrofotometresi: NaAlg/CS, MC/CS blendlerinin hazırlanan boş ve piridostigmin bromür yüklü mikrokürelerinin infrared spektrumları, KBr diskleri hazırlanarak Mattson 1000 model FTIR spektrofotometresi kullanılarak elde edilmiştir.

68 50 Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC): Mikrokürelerin ve polimerlerin DSC sonuçları General V4.1C DuPont2000 marka diferansiyel taramalı kalorimetre kullanılarak elde edilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM): Mikrokürelerin elektron mikrografları, vakum altında altın ile kaplandıktan sonra Quanta 4000 F Field Emission model, 1,2 nm çözünürlükteki taramalı elektron mikroskopu kullanılarak elde edilmiştir. Ayrıca bu temel cihazların yanında aşağıda verilen cihazlar da kullanılmıştır. Çalkalamalı su banyosu (Medline BS-21) Mağnetik karıştırıcı (Chiltren) Etüv (Memmert) Vakum etüvü (Vacucell) Ph metre (Hana ph211 Microprocessor ph Meter) Analitik terazi (Precisa XB 220A) 3.2. Yöntem Piridostigmin bromür yüklü CS/NaAlg mikrokürelerinin hazırlanması Piridostigmin bromür yüklü mikroküreler sıvıda olgunlaştırma yöntemi kullanılarak hazırlandı. Bu amaçla destek maddesi olarak kullanılan NaAlg %2 lik (w/v) olacak şekilde saf su içinde, CS ise %2 lik (w/v) olacak şekilde, %2 lik (v/v) asetik asit ile çapraz bağlayıcı (CaCl 2 ) içeren çözelti içinde hazırlandı. İlaç yüklü mikroküreleri hazırlamak için değişik i/p oranları sağlanacak şekilde piridostigmin bromür eklendi ve yarım saat süre ile karıştırılarak ilaç, polimer çözeltisi içerisinde dağıtıldı. Hazırlanan süspansiyonlar peristaltik pompa aracılığı ile enjeksiyon iğnesinden damlalar halinde 150 ml.h -1 akış hızında 3 cm yükseklikten farklı miktarlarda CS içeren, 100 ml çapraz bağlama çözeltisine damlatıldı. Damlaların düzenli olarak çapraz bağlama çözeltisinin içerisine düşmesi için enjeksiyon iğnesinin ( uzunluk 1,6 cm, iç çap 0,60 mm) etrafında hava pompası yardımı ile hava üflenerek damlatıldı ve

69 51 mikrokürelerin çözelti ile küresel yapısı bozulmadan teması sağlandı. Mikrokürelerin hazırlanma sistemi Şekil 3.1. ve Şekil 3.2. de gösterildi. Şekil 3.1. Mikroküre hazırlama setinin şematik gösterimi.1.polimer/ilaç süspan siyonu, 2.Peristaltik pompa, 3.Hava pompası, 4. Enjeksiyon kısmı, 5. CaCl 2 -CS karışımı (çapraz bağlayıcı), 6. Magnetik balık, 7. Magnetik karıştırıcı Şekil 3.2. Enjeksiyon iğnesinin kesiti CS/NaAlg ın farklı bileşimlerdeki mikrokürelerini oluşturma işlemi oda sıcaklığında, yaklaşık 10 dakika sürede tamamlandı. Son damlanın düşmesinden sonra küreler çapraz bağlama çözeltisinde 5-15 dakika süre ile tutularak olgunlaştırıldı. Elde edilen mikroküreler süzülerek oda sıcaklığında kurutuldu daha sonra 40 C de sabit tartıma getirildi. Polimerlerin oranı, ilaç/polimer oranı (w/w), çapraz bağlayıcı derişimi ve çapraz bağlama süresi değiştirilerek değişik formülasyonlarda mikroküreler hazırlandı ve Çizelge 3.1 de verildi. Ayrıca, piridostigmin bromür olmaksızın boş küreler de

70 52 hazırlandı. Boş kürelerin hazırlanma koşulları ve mikroküre bileşimleri Çizelge 3.1 de verildi. Çizelge 3.1. Piridostigmin bromür yüklü CS/NaAlg mikrokürelerin hazırlanma koşulları No Polimer İlaç/Polimer Çapraz Bağlayıcı Çapraz (CS/NaAlg) Oranı (w/w) (CaCl 2 ) Derişimi Bağlama Süresi (w/w) (M) (dak) A1 1/2 1/8 0,25 15 B1 1/1 1/8 0,25 15 C1 2/1 1/8 0,25 15 C2 2/1 1/8 0,1 15 C3 2/1 1/8 0,05 15 C4 2/1 1/8 0, C5 2/1 1/8 0,025 5 C6 2/1 1/8 0, C5,1 2/1 1/4 0,025 5 C5,2 2/1 1/6 0,025 5 C5,3 2/1 1/16 0,025 5 D1 4/1 1/8 0,25 15 D2 4/1 1/8 0,1 15 D3 4/1 1/8 0,05 15 D4 4/1 1/8 0,025 15

71 53 Çizelge 3.2. CS/NaAlg boş mikrokürelerinin hazırlanma koşulları. No Polimer Çapraz Bağlayıcı Çapraz Çapraz Bağlayıcı Bağlama Derişimi (M) Süresi (dak) A 0 1/2 CaCl 2 0,25 15 B 0 1/1 CaCl 2 0,25 15 C 0 2/1 CaCl 2 0,25 15 D 0 4/1 CaCl 2 0,25 15 Şekil 3.3. Aljinat ile Ca +2 nin etkileşimi Sodyum aljinat çözeltisi, CaCl 2 çözeltisine damla damla eklendiğinde, aljinat matrix oluşuncaya kadar Na + ve Ca +2 katyon değişimi gerçekleşir ve kalsiyum iyonları aljinat çözeltisindeki karboksil ve hidroksil gruplarına bağlanır (Şekil 3.3). Bu değişimler sonunda düzgün şekilde aljinat mikroküreleri elde edilir [83]. Çapraz bağlama çözeltisinde bulunan polikatyonik kitosan, polianyonik sodyum aljinat jel damlacıkları ile elektrostatik olarak etkileşir ve kitosan kaplı kalsiyum aljinat

72 54 mikroküreler oluşur. Benzer mikroküre hazırlanması işlemlerine literatürde de rastlanmıştır. El Ahonkhai ve arkadaşlarının 2006 yılında yaptıkları çalışmada; BSA içeren sodyum aljinat çözeltisini farklı ph larda hazırladıkları kitosan-kalsiyum klorür çapraz bağlama çözeltisine damlatarak protein yüklü kitosan-aljinat mikroküreleri elde etmişlerdir [95] Piridostigmin bromür yüklü CS ve MC iç içe geçmiş ağ yapılı (IPN) mikrokürelerin hazırlanması Piridostigmin bromür yüklü kitosan ve metilselüloz iç içe geçmiş ağ yapılı (IPN) mikroküreler çapraz bağlayıcı olarak GA kullanılarak emülsiyon çapraz bağlama yöntemiyle hazırlandı. %2 lik asetik asit içerisinde hazırlanan homojen CS çözeltisi içerisine değişen oranlarda MC eklenerek 12 saat süre ile karıştırıldı. Değişen ilaç/polimer oranlarını sağlayacak şekilde piridostigmin bromür çözelti içerisine eklenerek dağıtıldı. Oluşan çözelti %1 (w/w) Span -85 içeren 50 ml sıvı parafin içerisine eklendi. Çapraz bağlama çözeltisi olarak 1N HCl içeren GA çözeltisi, su/yağ emülsuyonu üzerine eklenerek 5-15 dakika çapraz bağlama süreleri ile 400 rpm karıştırma hızında karıştırıldı. Oluşan küreler çapraz bağlama süresi sonunda süzülerek ortamdan alındı sırasıyla n-heksan, izopropil alkol ve su ile yıkanarak önce oda sıcaklığında sonra, 40 C deki vakum etüvünde 12 saat süre ile kurutularak sabit tartıma getirildi. PB yüklü mikrokürelerin hazırlanma bileşimleri Çizelge 3.3. de gösterildi.

73 55 Çizelge 3.3. Piridostigmin bromür yüklü CS/MC IPN mikrokürelerin hazırlanma koşulları Polimer Çapraz No Oranı İlaç/Polimer Bağlayıcı Çapraz (CS/MC) Oranı (w/w) (GA) Derişimi Bağlama (w/w) (M) Süresi (dak) E1 1/1 1/8 6,5 15 F1 2/1 1/8 6,5 15 G1 4/1 1/8 6,5 15 G2 4/1 1/8 3,25 15 G2,1 4/1 1/4 3,25 10 G2,2 4/1 1/6 3,25 10 G3 4/1 1/8 1, G4 4/1 1/8 1, G5 4/1 1/8 1,625 5 G5,1 4/1 1/4 1,625 5 G5,2 4/1 1/6 1,625 5 Çizelge 3.4. CS/MC Boş mikrokürelerinin hazırlanma koşulları. No Polimer Oranı (CS/MC) (w/w) Çapraz Bağlayıcı Derişimi (M) Çapraz Bağlama Süresi (dak) E 0 1/1 6,5 15 F 0 2/1 6,5 15 G 0 4/1 6,5 15 Çalışmada çapraz bağlanma öncesinde kitosan çözeltisine, kitosanla reaksiyon vermeyen MC doğal polimeri eklendi ve polimerin, kitosan zincirleri arasında

74 56 hapsolması sağlandı. GA her iki polimeri de çapraz bağladığı için bir tam IPN yapı oluşturuldu. Şekil 3.4. IPN Sentezinin şematik gösterimi Mikrokürelerden pridostigmin bromür salım çalışmaları Sıvıda olgunlaştırma ve emülsiyon çapraz bağlama yöntemleri ile değişik formülasyonlarda hazırlanan mikrokürelerin salım hızlarını ölçmek için ilaç içeren mikroküre örnekleri, belirli hacimde salım ortamı içeren cam kap içerisine konularak

75 57 çalkalamalı su banyosuna yerleştirildi. Salım çalışmaları 37 C de ikişer saat süre ile sırasıyla ph 1,2 HCl çözeltisi, 6,8 ve 7,4 fosfat tamponlarında gerçekleştirildi. Her iki saat sonunda mikroküreler süzülerek bir sonraki tampon çözeltiye aktarıldı. Mikrokürelerden salınan piridostigmin bromür miktarını belirlemek için değişik sürelerde örnekler alındı ve UV spektrofotometresi ile 270 nm de absorbans değerleri belirlendi, elde edilen absorbans değerlerinden kalibrasyon grafiği yardımıyla derişimler hesaplandı Mikrokürelerin denge su içeriklerinin tayini Boş mikrokürelerin şişme yeteneklerinin belirlenmesi amacıyla sabit tartıma gelmiş 50 mg mikroküre örnekleri 50 ml saf su ve ph 1,2; 6,8; 7,4 tampon çözeltileri içerisinde 24 saat süreyle bekletildi. Bu sürenin sonunda mikrokürelerin yüzey suyu uzaklaştırılarak tartıldı. Boş mikrokürelerin denge su içeriklerinin hesaplanması amacıyla Eş kullanıldı ve % denge su içerik değerleri Çizelge 4.1. de verildi. % Denge su içeriği (w/w) ( Ws Wk) = x100 (3.1) W Burada; W s : Şişmiş mikrokürelerin kütlesi, W k : Kuru mikrokürelerin kütlesi dir. k Tutuklama verimi (TV) Tutuklama verimi, teorik olarak yüklenmesi gereken ilacın gerçekte ne kadar yüklendiğinin bir ölçüsüdür. Sıvıda olgunlaştırma ve emilsiyon çapraz bağlama yöntemleri ile hazırlanan mikrokürelerden belirtilen miktarda alınarak agat havanında ezildi ve 4 saat süre ile geri soğutucu altında 100 ml su ile ekstrakte edildi. Elde edilen ekstarakt süzülerek ilaç içeriği UV spektrofotometresi ile (270 nm de) tayin edildi. Mikrokürelerin tutuklama verimi değerleri Çizelge 4.3 de sunuldu. Mikrokürelerin tutuklama verimleri eşitlik 3.2 kullanılarak hesaplandı.

76 58 D % TV = x100 (3.2) T Burada D ve T sırasıyla mikrokürenin içinde gerçekte bulunan ilaç miktarı (mg) ve teorik olarak bulunan ilaç miktarını (mg) göstermektedir.

77 59 4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu çalışmada piridostigmin bromür ün konvansiyonel ilaç şekillerindeki her doz uygulanmasında meydana gelebilecek kan derişimindeki dalgalanmalarını önlemek ve uzun süre sabit terapotik kan düzeyi sağlayarak ilaç alma gereksinimini azaltmak amacıyla CS ile NaAlg ve MC un değişik oranlardaki (CS/NaAlg ve CS/MC) karışımları kullanıldı. CS/NaAlg ve CS/MC bileşimleri ve hazırlama koşulları değiştirilerek piridostigmin bromür yüklü mikroküreler oluşturuldu. Bu mikrokürelerin farklı ph larda (1,2; 6,8; 7,4) ilaç salım hızları incelendi. Hangi polimer karışım oranının ve ilaç/polimer oranının daha uygun olduğu tespit edildi. Hazırlanan mikroküreler FTIR, DSC ve SEM kullanılarak karakterize edildi. CS/NaAlg ve CS/MC mikrokürelerin salım profilleri karşılaştırılarak en iyi salım profili araştırıldı CS, NaAlg, CS/NaAlg Oranı 2/1 Olan İlaç Tutuklu Mikrokürelerin FTIR Spektrumları Şekil 4.1 de PB ün, CS/NaAlg oranı 2/1 olan piridostigmin bromür tutuklu mikrokürelerin NaAlg ve CS ın FTIR spektrumları görülmektedir. PB ün FTIR spektrumunda 1725 cm -1 de görülen keskin bandın ilacın yapısında bulunan karboksil grubundan kaynaklanan C=O grubuna ait olduğu düşünüldü cm -1 de görülen orta kuvvetli bandın C=C grubuna ve 1162cm -1 deki bandın ise C-O grubuna ait olduğu düşünüldü cm -1 deki keskin bandın ilacın nem çekici özelliğinden kaynaklı OH bandından kaynaklandığı düşünüldü. İlaçlı kürenin ve NaAlg ın FTIR spektrumunda sırasıyla 3420cm -1 ve 3450 cm -1 de görülen bandın -OH gerilme bandına, 1640cm -1 ve 1618 cm -1 deki bandın da (>C=0) grubuna ait olduğu düşünülmektedir. PB ün spektrumunda 1398 cm -1 de görülen C=C gerilme bandına ait pik, ilaç yüklü mikrokürelere ait spektrumda 1412 cm -1 de görülmüştür. Bu sonuç PB ün hazırlanan mikrokürelerin yapısında bozunmadan bulunduğunu göstermektedir. CS ye ait olan 3375 cm -1 deki geniş bandın birbirini kapatmış NH ve OH gerilmelerinden kaynaklandığı düşünülmektedir cm -1 deki bandın N-H düzlemdışı eğilmesi, 1387 cm -1 deki

78 60 bandın O-H düzlemdışı eğilmesi olduğu, 1092cm -1 gerilmesine ait olduğu düşünülmektedir. deki yayvan bandın C-O Şekil 4.1. (a)pb, (b)c1formülasyonlu mikroküre (i/p oranı 1/8, CS/NaAlg oranı 2/1,çapraz bağlanma süresi 15 dak. ve çapraz bağlayıcı derişimi 0,25M),(c) NaAlg, (d) CS ın FTIR Spektrumları 4.2. CS, MC, CS/MC Oranı 4/1 Olan Boş IPN Yapılı Mikrokürelerin FTIR Spektrumları Şekil 4.2. de CS, MC ve CS/MC oranı 4/1 olan boş mikrokürenin FTIR spektrumu görülmektedir. CS ın spektrumunda 3375 cm -1 deki geniş bandın birbirini kapatmış olan N-H ve O-H gerilmelerinden kaynaklandığı 1660, 1594, 1379 cm -1 deki üç bandın amid gruplarına ait olduğu düşünülmüştür. MC un spektrumunda 3459 cm - 1 deki geniş bandın O-H gerilmesine, 2939 ve 2840 cm -1 deki bandların ise alifatik C-H gerilmelerine ait olduğu düşünülmüştür. Boş mikrokürenin spektrumu incelendiğinde CS ve MC un her ikisine ait bandlar gözlenmiş bunlara ek olarak 1060 cm -1 de görülen bandın GA in MC un OH grupları ile reaksiyonu sonucu oluşan asetal gruplarına ait olduğu düşünülmüştür.

79 61 Şekil 4.2. (a) CS, (b) MC,(c) G 0 formülasyonlu (CS/MC oranı 4/1, çapraz bağlayıcı GA derişimi 6,5 M, çapraz bağlanma süresi 15 dak.) IPN mikrokürelerin FTIR Spektrumları 4.3. PB, CS/MC Oranı 4/1 Olan Boş ve İlaç Tutuklu IPN Mikrokürelerin FTIR Spektrumları Şekil 4.3. de PB, CS/MC oranı 4/1 olan ilaç tutuklu IPN yapıdaki mikrokürenin ve yine CS/MC oranı 4/1 olan boş mikrokürenin FTIR spektrumu görülmektedir. PB ün spektrumunda 1398 cm -1 de görülen pik C=C gerilme bandına aittir. Bu pik ilaç yüklü mikrokürelere ait spektrumda 1454 cm -1 de görülmüştür. Bu sonuç PB ün hazırlanan mikrokürelerin yapısında hapsolduğunu göstermektedir.

80 62 Şekil 4.3. (a) PB, (b) G1 formülasyonlu mikroküre, (c) G 0 formülasyonlu IPN mirokürelerin FTIR Spektrumları 4.4. Hazırlanan mikrokürelerin diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) termogramları Şekil 4.4 deki DSC diyagramlarından ilacın erime noktası 155 o C, kitosanın Tg değeri 81 o C, NaAlg ın Tg değeri 68 o C, C0 formülasyonlu boş mikrokürelerin Tg değeri 78 o C ve C1 formülasyonlu ilaç yüklü mikrokürelerin Tg değeri 113 o C olarak bulunmuştur. C0 formülasyonlu CS/NaAlg mikrokürelerinde Tg değerinin NaAlg dan yüksek, CS dan düşük olarak bulunması bu polimerlerin karışabilirliğini göstermektedir [21]. PB e ait 155 o C de görülen erime noktasına ait pikin, C1 formülasyonlu küreye ait termogramda görülmemesi ise etkin maddenin yapıda bulunduğunu göstermektedir.

81 Şekil 4.4. (a) PB, (b) CS, (c) NaAlg, (d) C 0 formülasyonlu, (e) C1 formülasyonlu mikrokürelerin DSC termogramları 63

82 64 Şekil 4.5. (a) PB, (b) CS, (c) MC, (d) G 0 formülasyonlu küre, (e) G 1 formülasyonlu kürenin DSC Diyagramları Şekil 4.5 deki DSC diyagramlarından ilacın erime noktası 155 o C, kitosanın Tg değeri 81 o C, MC un Tg değeri 59 o C, G 0 formülasyonlu boş mikrokürelerin Tg değeri 44 o C ve G1 formülasyonlu ilaç yüklü mikrokürelerin Tg değeri 63 o C olarak bulunmuştur. Diyagram incelendiğinde ilaç yüklü ağ yapılı mikrokürelerin Tg değerinin boş mikroküreye ait Tg değerinden daha yüksek olduğu görülür. Bu durum ilacın yapısındaki Br - iyonunun CS ın pozitif yüklü amin grubu ile etkileşmesine atfedilebilir Hazırlanan Mikrokürelerin Taramalı Elektron Mikrograf Görüntüleri Resim 4.1 de sırasıyla CaCl 2 kullanılarak hazırlanan C formülasyonundaki (CS/NaAlg) boş ve ilaçlı mikrokürelerin 200 büyütmeli SEM mikrogramları verilmiştir. Boş mikrokürelerin az pürüzlü bir yüzeye sahip olduğu, mikrokürelerin yapısına PB girmesiyle yüzey pürüzlülüğünün fazla değişmediği gözlenmektedir. Resim 4.2 de sırasıyla 6,5 M GA kullanılarak elde edilen G 0 formülasyonundaki IPN yapıdaki boş mikroküre ile G 1 formülasyonundaki piridostigmin bromür tutuklu IPN

83 65 yapıdaki mikrokürenin 200 büyütmedeki SEM mikrogramları görülmektedir. SEM fotoğrafları CS/NaAlg mikrokürelerinin yüzeyleri ile kıyaslandığında yüzeylerin küçüldüğü ve küresel formdan kısmen saptıkları görülmüştür. Resim 4.1. (a) C 0 Formülasyonlu boş mikrokürenin (b) C1 Formülasyonlu Mikro kürenin 200 büyütmeli SEM Görüntüsü Resim 4.2. Sırasıyla G 0 ve G1 formülasyonlu iç içe geçmiş ağ yapılı mikrokürelerin 200 ve 100 büyütmedeki SEM görüntüleri