Physicochemical and Quantitative Cell Viability Assays of Quercetin-Encapsulated Alginate Beads

Abstract

In this thesis, quercetin-encapsulated alginate beads were prepared in two different version; normal ionic cross-linked gel beads and cryogel beads. FT-IR was used to characterize the beads and to check the basic chemical moieties from beads. It was found that quercetin molecules could be trapped into and outside the “egg box” between polymer chains and they would make weak interactions such as polar-polar interactions with the functional groups of alginate. Swelling and drying profiles were studied. Based on release studies, it was found that Mueller Hinton Broth (MHB) was not a suitable release medium for the beads due to the reaction between the ester moiety of casein hydrolysate in MHB and carboxylate groups of alginate would limit the release of quercetin. Therefore, 0.9% saline should be preferred for antimicrobial assays. In addition, sodium ions in RPMI-1640 caused the swelling of beads, which lead to the maximum release of drug. Release kinetic models showed that release of quercetin from cryogel beads fit to the first order release model in DMSO and this meant that release of quercetin is based on the concentration of quercetin. Release of quercetin from gel beads fit to the higuchi release model in DMSO and this meant that quercetin concentration was lower in polymer than its solubility and release occurs through the pores in the matrix. Release of quercetin from gel beads and cryogel beads fit to the first order release model in 0.9% saline with 40% DMSO of total solution. Thus, release of quercetin is based on the concentration of quercetin. Cryogel beads and gel beads fit to zero order release model in RPMI-1640 between 12 and 48 hours. Cell viability, MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay showed that as the concentration of quercetin released from the beads increases, the percent viability of (B-CPAP) papillary thyroid cancer cells decreases. In addition, DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) assay showed that as the concentration of quercetin release from beads increases the inhibition of free radical increases. However, in time-kill assay to have signıficant effect on bacteria, the concentration of quercetin in the beads should be increased. Keywords: Quercetin, papillary thyroid cancer cells (B-CPAP) , 3-(4,5- dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT), 2,2-diphenyl-1- picrylhydrazyl (DPPH)

ÖZ: Bu tez çalışmasında, kuvarsetin yüklü aljinat kürecikleri iki farklı versiyonda hazırlanmıştır; normal iyonik çapraz bağlı jel küreler ve kriyojel küreler. Kürelerin çapları ve kütle ölçümleri yapılmış ve küreleri karakterize etmek ve tanelerin temel kimyasal kısımlarını kontrol etmek için FT-IR spektroskopisi kullanılmıştır. Kuvarsetin moleküllerinin “egg box” içerisine yeraldığı ve aljinatın fonksiyonel gruplarıyla polar-polar etkileşimi gibi zayıf etkileşimler yaptıkları tespit edilmiştir. Şişme ve kurutma profilleri incelenmiştir. Mueller Hinton Broth (MHB), MHB içerisindeki kazein hidrolizatın ester kısmı ile aljinatların karboksilat grupları arasındaki reaksiyonun, kuvarsetin salımını sınırlayacağından küreler için uygun bir salım ortamı olmadığı saptanmıştır. Bu nedenle, antimikrobiyal çalışmalar için% 0.9 salin tercih edilmelidir. Ek olarak, RPMI-1640' daki sodyum iyonları boncukların şişmesine ve böylece ilacın maksimum salınımına yol açtığı belirlenmiştir. Serbest bırakma kinetik modelleri, DMSO ortamında kriyojel boncuklardan kuvarsetin salınmasının, birinci dereceden serbest bırakma modeline uyduğunu ve bunun kuvarsetin konsantrasyonuna dayandığı anlamına geldi. DMSO ortamında kuvarsetin 'in jel boncuklarından salınması, higuchi salma modeline uymaktadır ve bunun anlamı, quercetin konsantrasyonunun polimerde çözünürlüğünden daha düşük olması ve salımın matriks içindeki gözeneklere yardımıyla gerçekleştiği anlamına gelmektedir. Kriyojel ve jel kürelerden kuvarsetin salımı, hem DMSO hem de %40 DMSO içeren % 0.9 salin solusyonunda birinci dereceden salma modeline uyuyor. Bu da, kuvarsetin salınımının kuvarsetin derişimine bağlı olduğunu gösterir. RPMIvi 1640 ortamında kriyojel ve jel kürelerde kuvarsetin salınımı 12 ila 48 saat arasında sıfırıncı salma modeline uyar. Hücre sağkalımı, MTT (3- (4,5-dimetiltiyazol-2-il) -2,5-difeniltetrazolyum bromür) deneyi, kürelerden salınan kuvarsetin derişimi arttıkça, (B-CPAP) papiller tiroid kanser hücrelerinin yüzde canlılığının azaldığını gösterdi. Ayrıca, DPPH (2,2-difenil- 1-pikrilhidrazil) deneyi, kürelerden kuvarsetin salınımının derişimi artıkça serbest radikal inhibasyon yüzdesinin (%) arttırdığını gösterdi. Bununla birlikte, zamana karşı ölüm deneyinde, bakteriler üzerindekiyi etkiyi görebilmek için, küreler içerisindeki kuvarsetin miktarının artırılması gerektiği gözlemlendi. Anahtar Kelimeler: Kuvarsetin, papiller tiroid kanseri hücreleri (B-CPAP), 3- (4,5- dimetiltiyazol-2-il) -2,5-difeniltetrazolyum bromür (MTT), 2,2-difenil-1- pikrilhidrazil (DPPH)