Akademik Veri Yönetim Sistemi
Çakmak S. (Yürütücü), Onur M. A., Koçum İ. C., Bakıcı C., Uzun L., Şentürk F.
TÜBİTAK Projesi, 2023 - 2025
Diyabet (Diabetes mellitus) pankreastaki β-hücrelerinin hiç çalışmaması ya da yeterli miktarda insülin salgılayamaması neticesinde oluşan metabolik bir hastalıktır. Hasta sayısı ve tedavi için harcanan masraflar düşünüldüğünde küresel ölçekte sağlık sistemlerini en çok zorlayan hastalıkların başında gelmektedir. Geleneksel tedavi yöntemlerine bakıldığında, hastalar gün içerisinde bir insülin kalemi aracılığıyla cilt altlarına insülin enjekte ederek kan şekerlerini ayarlar. Ancak, insülin dozunu ayarlamak sıkı bir eğitim gerektirir, tekrarlı enjeksiyonlar da uygulama bölgesinde enfeksiyon, doku ölümü ve sinir hasarları gibi dezavantajları içerir. Bunun önüne geçebilmek için gerekli dozu sensörü vasıtasıyla otomatik ayarlayabilen çeşitli insülin pompaları geliştirilmiştir ancak yüksek maliyetlerinden dolayı hastaların bu ürünlere erişimi kısıtlıdır. Dolayısıyla, kullanımı kolay, hastanın ağrısız bir şekilde kendi kendine uygulayabileceği uygun maliyetli yeni tedavi stratejilerine ihtiyaç bulunmaktadır.
Mikroiğne temelli transdermal salım sistemleri içerdikleri minyatür uzunlukta iğneler sayesinde ilaçları oral, nazal ya da damardan verilen ilaçlara göre vücuda biyoyararlanımı çok daha yüksek bir şekilde gönderebilir. İçi boş mikroiğneler diğer mikroiğne türleri arasında ilaçları kanalları içerisinden kontrollü bir şekilde ve istenen hızda gönderebilecek tek tür olarak öne çıkmaktadır. Ancak üretimleri çok basamaklı karmaşık süreçleri içerir ve oldukça maliyetlidir. Buna rağmen, sahip oldukları üstün özellikleriyle içi boş mikroiğneler çeşitli mikropompalarla birleştirilebilir ve bu sayede doz kontrollü ve otomasyona uygun yenilikçi infüzyon sistemleri geliştirilebilir. Küçük miktardaki hacimleri kontrollü bir şekilde dozlayabilen piezoelektrik, termal, termopnömatik ve manyetik prensiple çalışan birçok mikropompa sistemi bulunmaktadır. Bunlar arasında çok daha az bileşen içermesi ve basit bir manyetik alan altında hareket edebilmesi nedeniyle ferroakışkanlar çok daha etkin bir infüzyon görevi görebilir.
Önerilen projede, diyabet tedavisine yönelik mikroiğnelerden doz kontrollü insülin gönderebilen manyetik ferroakışkan mikropompa sistemi geliştirilecektir. Proje kapsamında, literatürde ilk defa önerilen bir yöntemle poli(n-butil metakrilat) (PBMA) mikroiğneler içi boş şekilde sentezlenecektir. Bu aşamada, iğne demeti içeren bir kalıp kullanılarak in situ polimerizasyonuyla ilaç rezervuarı ve mikroiğneler tek basamaklı ve kolay bir yöntemle üretilecektir. Üretim sonrasında, mikroiğne uçları cilde kolay girebilmeleri amacıyla biyouyumlu ve suda çözünebilir bir polimer olan polivinil alkol ile kaplanarak sivri hale getirilecektir. Farklı uzunluklarda yağ asitleriyle modifiye edilmiş, sudan hafif ve sulu faz üzerinde esnek bir piston gibi hareket edebilecek ferroakışkanlar sistemde mikropompa görevi görecektir. Ferroakışkanların uyarımı için ticari olarak pulslu bir DC manyetik alan üreteci veya proje araştırmacıları tarafından geliştirilecek 0 – 100 Hz frekans aralığında mHz çözünürlükte ayarlanabilir bir elektromıknatıs temelli AC manyetik alan üreteci kullanılacaktır. Mikroiğnelerin detaylı morfolojik, kimyasal, termal ve mekanik karakterizasyonları tamamlandıktan sonra mikropompalama çalışmalarına geçilecektir. Ferroakışkanların osilasyon hareketiyle 0 – 0.5 mm aralığında yukarı-aşağı yer değiştirme ile mikroiğnelerden 10 – 50 μL/dk akış hızında insülin gönderebilecek manyetik uyarım sistemi (pulslu DC veya AC-frekans, güç ve süre vb. parametreler) belirlenecek ve sistemin çalışabilirliği in vitro ve ex vivo ilaç salım çalışmalarıyla ortaya konulacaktır (rodamin 6G ve FITC-insülin). Sonrasında tüm süreçleri optimize edilmiş sistem, Sprague Dawley sıçanlara uygulanacaktır. Manyetik uyarım ile doz kontrollü bir şekilde gönderilen insülinin biyoyararlanımı, sıçan kan glikoz (glikometre ile) ve plazma insülin seviyelerinin (Elisa kiti ile) 8 saat boyunca takibiyle belirlenerek geliştirilecek sistemin etkinliği gösterilecektir.
Sonuç olarak, bu proje Biyomühendislik, Kimya, Biyoloji, Biyomedikal Mühendisliği, Biyofizik ve Veterinerlik alanlarında uzman bir ekip tarafından yürütülecek ve ilaç dozlamada mevcut literatürde bulunan mikropompa sistemlerine göre çok daha az sayıda bileşenle ve basit üretim yöntemleriyle yenilikçi bir insülin pompası geliştirilmiş olacaktır. Bu sayede hastaların ağrısız, konforlu ve kendi kendine uygulayabileceği bir sistem ortaya çıkacaktır. Çok disiplinli bu proje ile ülkemizin kritik teknolojilerilerinden İleri Malzeme, Biyoteknoloji ve TÜBİTAK Yenilikçi İmplantlar, Yenilikçi Tıbbi Sarf Malzemeleri, Rejeneratif Tıp ve Yapay Doku/Organ öncelikli alanlarında en az 4 adet araştırmacı yetiştirilmiş olacaktır. Ayrıca, elde edilecek verilerden üstün nitelikli uluslararası yayın ve bildiriler de üretilecektir.