BİYOTEKNOLOJİDE KULLANILAN HİDROJELLERİN KARAKTERİZASYON TAYİNLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Abstract

Hidrojeller, üç boyutlu yapıları sayesinde büyük miktarda suyu bünyelerinde tutabilen, fiziksel ve kimyasal olarak çap- raz bağlanmış polimer ağlarıdır. Su ile etkileşim kapasiteleri sayesinde yumuşak, elastik ve biyolojik dokulara benzer özellikler sergilerler. Doğal ya da sentetik polimerlerden üretilebilen bu malzemeler, çevresel uyarıcılara duyarlılıkları (pH, sıcaklık, iyonik güç gibi) ve biyouyumlulukları sayesinde biyomedikal uygulamalarda ön plana çıkmaktadır. İlk olarak kontakt lens üretiminde kullanılan hidrojellerin kullanım alanları, son yıllarda biyoteknoloji, doku mühendisliği, kontrollü ilaç salımı sistemleri, yara iyileştirme malzemeleri ve biyosensörler gibi çok sayıda alana yayılmıştır. Bu çalış- mada, biyoteknolojik uygulamalarda kullanılmak üzere geliştirilen farklı hidrojel türleri incelenmiş; bu yapıların sentez yöntemleri, yapısal ve fonksiyonel özellikleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca, hidrojellerin karakterizasyonunda kullanılan baş- lıca analiz teknikleri (FTIR, SEM, TGA, DSC, şişme analizi vb.) değerlendirilmiş ve bu yöntemlerin hidrojel yapısının anlaşılmasındaki önemi tartışılmıştır. Çalışmanın amacı, biyoteknolojik uygulamalara yönelik geliştirilen hidrojellerin güncel gelişmeler ışığında genel bir değerlendirmesini sunmak ve bu malzemelerin potansiyel kullanım alanlarına dair bütüncül bir bakış açısı sağlamaktır.

Keywords

• Hidrojeller
• Biyoteknoloji
• Biyouyumluluk
• Kontrollü ilaç salınımı

References

1. 1. Kopeček J. Hydrogels as smart biomaterials. Polymer. 2007;48(25):1078-1098.
2. 2. Sop ES. Doku genişletme amaçlı hidrojel sentezi, karakterizasyonu ve şişme kinetiği [Yüksek Lisans Tezi]. Hacettepe Üniversitesi; 2013.
3. 3. Gong JP, Katsuyama Y, Kurokawa T, et al. Son derece yüksek mekanik mukavemete sahip çift ağlı hidrojeller. Advanced Materials. 2003;15(14):1155-1158.
4. 4. Gulrez SK, Al-Assaf S, Phillips GO. Hydrogels: Methods of Preparation, Characterisation and App- lications. InTech; 2011.
5. 5. Ömer GF. Dental uygulamalarda yumuşak doku genişletici hidrojellerin sentezi, karakterizasyonu ve şişme kinetiği [Yüksek Lisans Tezi]. Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi; 2021.
6. 6. Hacıoğlu A, Yılmazer H, Üstündağ CB. Doku Mühendisliği Uygulamalarında 3D Printing. Politeknik Dergisi. 2018;21(4):849-860.
7. 7. Mori H, Shimizu K, Hara M. Yüksek mekanik dayanıma sahip kolajen jellerin dinamik viskoelastik özellikleri. Materials Science & Engineering C. 2013;33(6):3230-3236. 8. Kosta J, Langer R. Responsive polymeric delivery systems. Advanced Drug Delivery Reviews. 2001;46(1-3):125-148.
8. 9. Xu ZP, Gu Z, Cheng X, et al. Controlled release of ketorolac through nanocomposite films. Journal of Nanoparticle Research. 2010;12(3):883-893.

9. 10. Kannan S. Catalytic applications of hydrotalcite-like materials and their derived forms. Catalysis Sur- veys from Asia. 2006;10(3-4):117-137.
10. 11. Asadian-Birjand M, Sousa-Herves A, Steinhilber D, et al. Functional nanogels for biomedical applica- tions. Current Medicinal Chemistry. 2012;19(29):5029-5043.
11. 12. Martin N, Youssef G. Hidrojellerin ve fiber takviyeli hidrojellerin dinamik özellikleri. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2018; 85:194-200.
12. 13. Zheng Y, Wang A. Superadsorbent with three-dimensional networks: from bulk hydrogel to granular hydrogel. European Polymer Journal. 2015; 72:661-686.
13. 14. Liu XJ, Ren XY, Guan S, et al. Highly stretchable and tough double network hydrogels via molecular stent. European Polymer Journal. 2015; 73:149-161.
14. 15. Manga RD, Jha PK pH’a duyarlı polimerik hidrojeller yoluyla kontrollü ilaç salınımına yönelik ma- tematiksel modeller. Journal of Pharmaceutical Sciences. 2017;106(2):629-638.
15. 16. Chou FY, Shih CM, Tsai MC, et al. Manyetik Fe3O4 çekirdeği içeren akıllı hidrojel parçacıklarının sentezi için stabilizatör olarak fonksiyonel akrilik asit. Polymer. 2012;53(14):2839-2846.
16. 17. Debele TA, Mekuria SL, Tsai HC. Polysaccharide based nanogels in the drug delivery system: appli- cation as the carrier of pharmaceutical agents. Materials Science & Engineering C. 2016; 68:964-981.
17. 18. Lloyd AW, Faragher RG, Denyer SP. Ocular biomaterials and implants. Biomaterials. 2001;22(8):769- 785.
18. 19. Wichterle O, Lim D. Hydrophilic gels for biological use. Nature. 1960;185(4706):117-118.
19. 20. Radhakrishnan J, Krishnan UM, Sethuraman S. Hydrogel based injectable scaffolds for cardiac tissue regeneration. Biotechnology Advances. 2014;32(2):449-461.
20. 21. Serafin Z, Leo GD, Palys A, et al. Follow-up of cerebral aneurysm embolization with hydrogel embo- lic system: Systematic review and meta-analysis. European Journal of Radiology. 2015;84(10):1954- 1963.
21. 22. Ullah F, Othman MBH, Javed F, et al. Hidrojelin sınıflandırılması, işlenmesi ve uygulanması: Bir inceleme. Materials Science and Engineering: C. 2015; 57:414-433.
22. 23. El Koca A, Hatır PÇ. Kuersetinin kontrollü salınımı için ısıya duyarlı hidrojel sentezi. Presented at: 2016 Elektrik Elektronik, Bilgisayar Bilimleri, Biyomedikal Mühendislik Toplantısı (EBBT); 2016; İstanbul, Türkiye.
23. 24. Ramakrishna S. Biomedical applications of polymer-composite materials. Composite Science and Technology. 2001;61(9):1189-1224.
24. 25. Hoare TR, Kohane DS. İlaç dağıtımında hidrojeller: İlerleme ve zorluklar. Polymer. 2008;49(8):1993- 2007.
25. 26. Anderson JM, Langone JJ. Biyouyumluluk ve biyouyumlulukla ilgili sorunlar ve bakış açıları İmp- lante edilmiş kontrollü salım sistemlerinin immünotoksisite değerlendirmesi. Journal of Controlled Release. 1999;57(2):107-113.
26. 27. MacKnight WJ, Shaw TM. Introduction to Polymer Viscoelasticity. John Wiley & Sons, Inc; 2005.
27. 28. Alonso JM, Andrade del Olmo J, Perez Gonzalez R, Saez-Martinez V. Injectable hydrogels: from laboratory to industrialization. Polymers (Basel). 2021;13(4):650.
28. 29. Almdal K, Dyre J, Hvidt S, et al. Towards a phenomenological definition of the term ‘gel’. Polymer Gels and Networks. 1993;1(1):5-17.
29. 30. Schulz DN, Glass JE, eds. Polymers as Rheology Modifiers. ACS Symposium Series, American Chemical Society; 1991.
30. 31. Murphy AR, Kaplan DL. Biomedical applications of chemically-modified silk fibroin. Journal of Materials Chemistry. 2009;19(36):6443-6450.
31. 32. Kasëmi E, Zhuang W, Rabe JP, et al. Anyonik olarak yüklenebilir, yüksek molar kütleli, ikinci nesil dendronize polimerin sentezi ve taramalı kuvvet mikroskobu ile dallanmanın gözlemlenmesi. Journal of the American Chemical Society. 2006;128(15):5091-5099.
32. 33. Kayalık HU, Çetin S. Preparation and Application of Biocompatible Carrier Implant to be Used in the Controlled Acquisition of Digoxin. Journal of the Turkish Chemical Society Section A: Chemistry. 4(1):433-448.
33. 34. Al-Assaf S, Phillips GO, Williams PA. Moleküler yapının kontrol edilmesi gıda hidrokolloidleri. Gıda Hidrokolloidleri. 2006;20(2-3):369-377.
34. 35. Rosiak JM. Işınlanmış polimerlerin jel/sol analizi. Radiation Physics and Chemistry. 1998;51(1):13- 17.
35. 36. Omari A, Tabary R, Rousseau D, et al. Soft suda çözünür mikrojel dispersiyon iyonları: Yapı ve reo- loji. Journal of Colloid and Interface Science. 2006;302(2):537-546.
36. 37. Özgündüz Hİ. Akrilik Asit-Akrilamid-Poli (Vinil Alkol) İçeren Yarı-ipn Tipi Hidrojellerin Şişme Özellikleri ve Lipaz Salım Davranışları [Yüksek Lisans Tezi]. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Ensti- tüsü; 2006.
37. 38. Satish CS, Satish KP, Shivakumar HG. Hydrogels as controlled drug delivery systems: Synthe- sis, crosslinking, water and drug transport mechanism. Indian Journal of Pharmaceutical Sciences. 2006;68(2):133-140.
38. 39. Ahmad EM. Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review. J Adv Res. 2015;6(2):105-121.
39. 40. Ulaşan M, Çengeloğlu Y, Yavuz MS. Biyouyumlu Hidrojeller: Sentezi ve Jelleşme Üzerinde Çözücü Etkisi. Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim Ve Teknoloji Dergisi. 2013;1(3):31-36.
40. 41. Khoylou F, Naimian F. Süper emici polietilenin radyasyon sentezi oksit/kire hidrojel. Radiation Phy- sics and Chemistry. 2009;78(3):195-198.
41. 42. Funami T, Hiroe M, Noda S, et al. Moleküler etki atomik kuvvet mikroskobu ile görüntülenen yapının reolojik davranışı üzerine katyonların varlığında veya yokluğunda karragenan sulu sistemleri. Food Hydrocolloids. 2007;21(4):617-629.
42. 43. Campo VL, Kawano DF da Silva DB, et al. Carrageenans: Biyolojik Özellikler, kimyasal modifikas- yonlar ve yapısal analiz Bir inceleme. Carbohydrate Polymers. 2009;77(2):167-180.
43. 44. Spinelli LS, Aquino AS, Lucas E, et al. Sondaj sıvılarında kullanılan polimerlerin karbon çeliğinin iç yüzeylerine adsorpsiyonu borular. Polymer Engineering & Science. 2008;48(10):1885-1891.
44. 45. Lugao AB, Malmonge SM. Hidrojel üretiminde radyasyon kullanımı. Nuclear Instruments and Met- hods in Physics Research Section B. 2001;185(1-4):37-42.
45. 46. Chrambach A, Rodbard D. Polyacrylamide gel electrophoresis. Science. 1971;172(3982):440-451.
46. 47. Laemmli UK. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227:680-685. 48. Polyacrylamide. In: Britannica Online Academic Edition. Encyclopedia Britannica, Inc; 2017.
47. 49. Lin CC, Metters AT. Hydrogels in controlled release formulations: Network design and mathematical modeling. Advanced Drug Delivery Reviews. 2006;58(12-13):1379-1408.
48. 50. Alemdar M. Mekanik dayanımları iyileştirilmiş polimerik hidrojel sistemleri/Mechanically enhanced polymeric hydrojel systems. 2023.
49. 51. Taşar Ş, Yüksel Ş, Tunçel N, et al. Akrilamid Esaslı Jel ve Kompozit Polimerik Jel Sentezi, Şişme-Bü- zülme Karakterizasyonunun incelenmesi ve Atık Sulardan Boyar Maddelerin Giderimi Üzerine Bir Çalışma. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2015;2(2):1-10.
50. 52. Leurage S, Simmons A. Biyomateryallerin ve Tıbbi Cihazların Sterilizasyonu. Woodhead Yayıncılık; 2012.
51. 53. Green MR, Sambrook J. Polyacrylamide gel electrophoresis. Cold Spring Harb Protoc. 2020;2020(12): prot100412.
52. 54. Shaw I, Thomson B. Acrylamide food risk. Lancet. 2003;361(9355):373.
53. 55. Bal A, Özkahraman B, Gök MK, et al. Sodyum akrilat esaslı hidrojel ve kriyojellerin şişme, adsorp- siyon ve mekanik özelliklerinin incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2014;20(7):258-265.
54. 56. Kwok AY, Qiao GG, Solomon DH. Synthetic hydrogels III: solvent effects on poly(2-hydroxyethyl methacrylate) networks. Polymer. 2004;45(12):4017-4027.
55. 57. Anderson JM. İmplante edilebilir dağıtım sistemlerinin ve biyomateryallerin in vivo biyouyumluluğu. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 1994;40(1):1-8.
56. 58. Aydın R, Söylemezoğlu ZO, Durak İ. Comparison of development of dry eye in conventional hyd- rogel and silicone hydrogel contact lens users. MN Oftalmoloji Dergisi. 2013.
57. 59. Jacob JT. Biocompatibility in the development of silicone-hydrogel lenses. Eye Contact Lens. 2013;39(1):13-19.
58. 60. Özaydın E. Polivinil alkol, jelatin ve hidroksimetil selüloz içeren çapraz bağlı hidrojele lipaz enzimi- nin immobilizasyonu [Doktora Tezi]. Marmara Üniversitesi; 2019.
59. 61. Özkan M. Hema-silikon hidrojel kompozisyonlarının üretimi, karakterizasyonu ve optik-fiziksel özelliklerinin incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi]. Fen Bilimleri Enstitüsü; 2019. 62. Taşdelen B, Sözkeş S. Diş çürüklerinin tekrarlamasını önleme amaçlı ilaç salımı yapması öngörü- len HEMA esaslı hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonun incelenmesi. Namık Kemal Üniversitesi; 2020.
60. 63. Ödemiş H, Erdener K. Ksantan gam ve sepiyolit içeren yeni akrilamid/çinko akrilat kompozit hidro- jellerinde şişme karakterizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2014;20.
61. 64. Çirli F. Sepiyolit içeren hidrojel kompozitlerin hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi]. Konya Teknik Üniversitesi; 2023.
62. 65. Park K. Controlled drug delivery systems: Past forward and future back. Journal of Controlled Rele- ase. 2014; 190:3-8.
63. 66. Langer R. Drug delivery and targeting. Nature. 1998;392(6679 Suppl):5-10.
64. 67. Caló E, Khutoryanskiy VV. Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commer- cial products. European Polymer Journal. 2015; 65:252-267.
65. 68. Costa P, Sousa Lobo JM. Modeling and comparison of dissolution profiles. European Journal of Phar- maceutical Sciences. 2001;13(2):123-133.
66. 69. Censi R, et al. Hydrogels for protein delivery in tissue engineering. Journal of Controlled Release. 2012;161(2):680-692.
67. 70. Li J, Mooney DJ. Designing hydrogels for controlled drug delivery. Nature Reviews Materials. 2016;1(12):16071.
68. 71. Cheng Y, et al. Biodegradable hydrogels for delivery of anticancer drugs. Advanced Drug Delivery Reviews. 2011;63(8):741-759.
69. 72. Rosiak JM, Yoshii F. Radiation technique in hydrogel preparation. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 1999;151(1-4):56-64.
70. 73. Lee KY, Mooney DJ. Hydrogels for tissue engineering. Chemical Reviews. 2001;101(7):1869-1880.
71. 74. Peppas NA, Hilt JZ, Khademhosseini A, et al. Hydrogels in biology and medicine: from molecular principles to bionanotechnology. Adv Mater. 2006;18(11):1345-1360.