Preparation and characterization of magnetic nanoparticles with anchored antibodies for biomarker separation from body fluids
Vücut sıvılarından biyogösterge ayrımı için antikor bağlı magnetik nanopartikül üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 332988
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜL ÖZCAN TAŞPINAR, PROF. DR. PETR KACER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Bronşiyal astım, tüm dünyada çocukları ve yetişkinleri etkileyen halk sağlığı sorunlarının başında gelmektedir. Astımın dünyada yaklaşık 300 milyon, ülkemizde ise 3.5 milyon kişiyi etkilediği düşünülmektedir. Solunum yolu enflamasyonu ve duyarlılığı astım oluşumunda anahtar rol oynayan temel mekanizmalardır. Bu enflamasyon, gece ve sabah erken saatlerde sık görülen öksürük ile beraber tekrarlayan hırıltılı solunum, nefessiz kalma ve göğüs sıkışmasına sebep olur. Bir astım atağı esnasında, solunum yolları kasların büzülmesi sebebiyle aşırı derecede daralır, iç katmanlar şişer ve mukus üretir. Bu tekrarlayan ataklar, limitli hava geçişine sebebiyet vererek beklenmeyen ölümlere yol açabilir. Bronşiyal astımın tetikleyicileri üç gruba ayrılabilir: 1) genetik yatkınlık ve bağışıklık sistemi gibi içsel faktörler, 2) alerjenler (polen, küf sporları, toz ya da hayvan tüyü), kapalı ve açık mekanlardaki kirleticiler ve tahriş edici maddeler (sigara, parfüm, temizlik maddeleri, vb.) gibi dış faktörler, 3) fiziksel faktörler (özellikle egzersiz ve soğuk hava) ve stres, gastroözofageal reflü hastalığı (GERD) ya da viral ve bakteriyel üst solunum yolu enfeksiyonu gibi fizyolojik faktörlerdir.Astımın görülme sıklığı, 1995-2010 yılları arasında % 95, yine aynı süreçte 5 yaş altı çocuklarda ise % 190?dan fazla artış göstermiştir. 2025 yılına kadar astımlı insan sayısının 100 milyon kişi daha artacağı tahmin edilmektedir. Bu sebeplerden ötürü, doğru ve erken astım teşhisi ve tedavisi önem kazanmaktadır. Bununla beraber, astım hastalığında teşhis koymak zordur. Günümüzde, astım teşhisi için kesin bir fizyolojik, immünolojik ya da histolojik bir test bulunmamaktadır. Astım teşhisinde, olası aynı semptomları gösteren diğer hastalıkları bertaraf etmek için, genellikle ilk olarak akciğer fonksiyonları test edilir. Akciğer fonksiyonlarını ölçmede kullanılan testler içerisinde spirometre testi, metakolin ya da histamin zorlama testi ve azot oksit testi yer almaktadır. Halihazırda, akciğerlerdeki enflamasyonun ölçümü açık akciğer biyopsisi, bronkoalveoler lavaj sıvısının incelenmesi gibi girişimsel (invasive), indüklenmiş sputum metodu gibi yarı-girişimsel ya da plazma ve idrardaki enflamatuvar göstergelerin ölçümü gibi girişimsel olmayan yöntemlere dayanmaktadır.Biyolojik gösterge (biyogösterge), biyolojik ya da patofizyolojik proseslerin fiziksel bir göstergesidir. Biyogöstergeler teşhis koyma, hastalık evrelendirme ve hastalık aktivitesi/ilerleyişini görüntüleme gibi çeşitli amaçlar için kullanılabilir. Özellikle, küçük çocuklarda, güvenilir ve girişimsel olmayan biyogöstergeler çok önemli olabilmektedir. Ayrıca, biyogöstergeler klinik belirti ve semptomlar ya da patofizyolojik ölçümler gibi geleneksel hastalık göstergelerine tamamlayıcı bilgiler sağlayabilirler. Astımla ilişkili çok sayıda biyogöstergenin olduğu ve bunların solunum yollarındaki karmaşık enflamasyonu yönettikleri bilinmektedir. Bu biyogöstergeler girişimsel olmayan ya da yarı-girişimsel solunum yolu örnek toplama yöntemleriyle elde edilebilir. Alt solunum yollarından, yoğunlaştırılmış soluk havasının (EBC; exhaled breath condensate) eldesi tamamen girişimsiz (non-invasive) bir örnek toplama tekniğidir. EBC, akciğerler ve solunum yollarının durumunu direkt olarak yansıtan bronkoalveoler ekstrasellüler sıvısının belirli bir bileşimini gösterir ve soluk havasının soğutulup yoğunlaştırılması ile elde edilir. EBC, akciğerlerdeki asit stresin, oksidatif stresin ve enflamasyonun biyogöstergeleri olan sisteinil lökotrienler (Cys-LTs: LTC4, LTD4, LTE4), prostaglandinler (8-iso Prostaglandin F2?), histamin, adenozin gibi molekülleri içerir. Literatürdeki birçok çalışmada, EBC?deki bu çeşitli enflamatuvar moleküller, olası astım biyogöstergesi olarak araştırılmış ve araşidonik asit türevlerinin (lökotrienler, prostaglandinler) astımlı hastaların EBC?sinde yüksek seviyelerde olduğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle, bu biyogöstergelerin klinik tespit ve ölçümlerinin astım teşhisinde kullanılabileceği düşünülmüştür.Lökotrienler, bronş mukozasında eozinofil, bazofil ve mast hücresi gibi enflamatuvar hücrelerinde sentezlenen ve astım oluşumunda önemli rolleri olan biyogöstergelerdir. Lökotrienlerin bir alt grubu olan sisteinil lökotrienler çok güçlü bronş daraltıcı maddeler olup astım hastalarının solunum yollarında akut ve kronik yapısal bozukluklara neden olabilirler. Son dönemlerde, astım hastalarının bronkoalveoler lavaj sıvısı ve balgamlarında yüksek sisteinil lökotrien (LTC4, LTD4, LTE4) seviyelerine rastlanmıştır.8-iso Prostaglandin F2? (8-isoprostan, 8-iso PGF2?), araşidonik asitin hücre yüzeyinde oksijen radikalleri aracılığıyla enzimatik olmayan direkt oksidasyonu ile üretilen bir moleküldür. 8-iso Prostaglandin F2?, genellikle oksidatif stresin ve antioksidan eksikliğinin önemli bir biyogöstergesi olarak kabul edilir. EBC?deki 8-isoprostan seviyesi, yetişkin astım hastalarında artış göstererek hastalığın şiddeti ve enflamasyonun derecesi hakkında bilgi verir.Bu çalışmada, kompleks biyolojik matriksler içerisinden astım biyogöstergelerini ayırmada kullanılabilecek antikor bağlanmış magnetik demir oksit (Fe3O4: magnetit) nanopartikülleri sentezlenmiştir. Sentez aşamasında, molce 1'e 2 oranında demir (II) sülfat ve demir (III) klorür çözeltileri ile amonyum hidroksit (NH4OH) reaksiyona sokulmuştur. Nanopartiküllerin stabilizasyonu için oleik asit, yüzey işlevselleştirilmesi için kitosan (chitosan) ve çapraz bağlama reaksiyonu için de glutaraldehid kullanılmıştır. Sentezlenen nanopartiküllerin karakterizasyonu FT-IR, XRD ve TEM kullanılarak gerçekleştirilmiş ve magnetit nanopartiküllerinin kitosan ve glutaraldehid ile birlikte başarılı bir şekilde sentezlendiği saptanmıştır.Sonraki aşamada, üretilen bu nanopartiküllere antikor (anti-Cys-LTs ya da anti-8-iso PGF2?) eklenmiş ve bu şekilde işlevselleştirilen nanopartiküller, Cys-LTs ve 8-iso PGF2? moleküllerini bulundukları ortamdan ayırmada kullanılabilecek hâle getirilmiştir. Nanopartiküllerin antikor ile işlevselleştirilmiş bu formları ?immünomagnetik nanopartikül?, bu partiküllerle gerçekleştirilen ayırma işlemi de ?immünomagnetik ayırma yöntemi? olarak adlandırılmaktadır.Çalışmadaki ayırma prensibi, magnetik nanopartiküllere bağlanmış olan antikorlar ile matrikste (EBC) bulunan antijenler (biyogösterge) arasında spesifik bir kompleks oluşturma ve bu kompleksin güçlü bir mıknatıs yardımıyla bulunduğu ortamdan ayrılmasına dayanmaktadır.Oluşturulan kompleksten biyogöstergelerin ayrılması glisin çözeltisi ve mıknatıs yardımıyla gerçekleştirilir. EBC?de bulunan bu biyogöstergeler (Cys-LTs, 8-iso PGF2?) çok düşük konsantrasyonlarda (pg/ml) olduğundan bu moleküllerin miktar tayinlerinde oldukça hassas ve seçici analitik yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle, bu biyogöstergelerin miktarları yüksek performanslı sıvı kromatografisi ile birleştirilmiş kütle spektrometre cihazı (HPLC-MS) ile saptanmıştır.Bu çalışmada uygulanan analitik prosedür optimize edilmiş ve optimum koşullar doğrulanmıştır. Daha sonra bu yöntem, astım teşhisi konmuş hastalardan ve kontrol grubunu oluşturan sağlıklı bireylerden alınan gerçek EBC örnekleri üzerinde analitik olarak da test edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, magnetic iron oxide nanoparticles, magnetite (Fe3O4) were synthesized through the co-precipitation method of ferrous (Fe2+) and ferric (Fe3+) aqueoussolutions by addition of a base (NH4OH) with the mole ratio of Fe2+/Fe3+ : 1/2. To prevent the agglomeration among the particles oleic acid was used, and thus the magnetic nanoparticles were stabilized. Then chitosan was added to coat on the surface of the Fe3O4 nanoparticles as a polymeric shell. The amino groups on the chitosan were cross-linked using glutaraldehyde, and finally the magnetic Fe3O4?chitosan nanoparticles were obtained. X-ray diffraction pattern indicated that the magnetic nanoparticles were pure Fe3O4 with an average diameter of about 5.7 nm. TEM results showed that the magnetic Fe3O4?chitosan nanoparticles were quasispherical with a mean diameter of about 8.4 nm. The binding of oleic acid, chitosan and glutaraldehyde onto the surface of the magnetic Fe3O4 nanoparticles was confirmed by FT-IR. After synthesizing the magnetic Fe3O4?chitosan nanoparticles, the immunomagnetic nanoparticles were prepared by immobilizing antibodies on the surface of the particles by covalent bonding. TEM images demonstrated that the magnetic Fe3O4?chitosan nanoparticles were successfuly anchored with antibodies. These immunomagnetic nanoparticles were used to separate cysteinyl leukotrienes (CysLTs: LTC4, LTD4, and LTE4) and 8-iso Prostaglandin F2? (8-iso PGF2?), which are essential biomarkers of asthma and oxidative stress present in exhaled breath condensate (EBC), respectively. The principle of separation method was based on forming an antibody-antigen (antibody-biomarker) interaction owing to antibody?s ability to form a specific complex with antigens and isolating targeted molecules by applying an external magnetic field. The Cys-LTs and 8-iso PGF2? biomarkers, which were treated like antigens in the study, were then uncoupled from the resulting antibody-antigen complexes by glycine solution through magnetic separation. The amount of separated molecules was measured by a highly selective and sensitive detection method: high performance liquid chromatography?mass spectrometry (HPLC-MS). The analytical procedure was optimized, validated and analytically tested on real EBC samples collected from patients diagnosed with two sub-types of bronchial asthma (occupational asthma and hard-to-treat asthma) and on the control group of healthy subjects.
Benzer Tezler
- R(+)-?-metilbenzilamin ile fonksiyonlandırılmış manyetik nanoparçacıkların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of functionalized chiral nanoparticals with R(+)-?-methylbenzylamine
M. SEDAT ATEŞ
- Kanser hücrelerine hedefli biyomimetik ilaç taşıma sistemlerinin hazırlanması, karakterizasyonu ve biyopotansiyelinin araştırılması
Preparation and characterization of cancer cell targeted biomimetic drug carrier systems and research their biopotential
GÜLİZ AK
- Preparation and characterization of magnetic nanoparticles
Manyetik nanotaneciklerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
BURCU KÜÇÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MACİT ÖZENBAŞ
PROF. DR. MÜRVET VOLKAN
- Preparation and characterization of silica coated magnetite nanoparticles and labeling nonradioactive Re as a surrogate of Tc-99m for magneticly targeted imaging
Manyetik olarak hedefe yönlendirilmiş görüntüleme için silika kaplı manyetik nanoparçacıkların hazırlanması, karakterizasyon çalışmalarının yapılması ve Tc-99m'nin vekili olarak radyoaktif olmayan Re ile etiketlenmesi
ÜMİT ZENGİN
- Kardiyovasküler sistem rahatsızlıklarının teşhis ve tedavisinde kullanılmak üzere yeni nesil nanotaşıyıcıların geliştirilmesi
Development of novel nanocarriers to be used in cardiovascular system disease diagnosis and therapy
DAMLA TÜRKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ