Applications of the multifunctional magnetic nanoparticles for development of molecular therapies for the breast cancer
Çok fonksiyonlu manyetik nanoparçacıkların meme kanseri için moleküler tedavilerin geliştirilmesinde uygulanması
- Tez No: 416533
- Danışmanlar: PROF. DR. NÜLÜFER TÜLÜN GÜRAY, PROF. DR. MÜRVET VOLKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 217
Özet
Manyetik nanoparçacıkların (MNP), biyolojik uygulamalarda kullanılabilmesi için öncelikle canlı sistemlerle ilişkisini anlamak gereklidir. Bu nedenle, bu çalışmada Kobalt ferrite manyetik nanoparçacıkların silika kaplı ve kapsız formlarının sitotoksisiteleri, genotoksisiteleri, apoptoz, lipit peroksidasyon, reaktif oksijen türleri oluşturma potansiyelleri ve bazı ilaç metabolize eden enzimlerin gen ekspresyon düzeyleri kanserli (MDA-MB-231ve MCF-7) ve kanserli olmayan (MCF-10A) insan meme hücrelerinde değerlendirildi. Kobalt ferrit MNP'ların metastatik hücrelerde alımının daha fazla olduğu ve silika kaplı kobalt ferrit MNP'ların kapsız olanlara göre bütün hücrelere daha fazla girdiği gözlemlenmiştir. Yüzeyi kapsız Kobalt ferrit MNP'lar silika kaplı olanlara göre daha fazla sitotoksisite genotoksisite göstermiş ve reaktif oksijen türleri oluşumunu artmıştır. Silikalı yüzey, bu etkilerin önemli ölçüde azaltmış ve parçacıkların hücre içine girmesi arttırmıştır. Silika kaplı kobalt ferrit MNP'lar, daha sonraki modifikasyonlar için -COOH grupları ile fonksiyonel hale getirilimiştir. 2-amino-2-deoksi glikoz, kanser tedavisi için potansiyel hedefleme molekülü olarak, silika kaplı MNP'ların COOH yüzeylerinden bağlanmıştır. Her iki COOH modifiye ve 2DG bağlı MNP'ların hücre içine alımı ve birikmesi, geçirimli electron mikroskopu, Prussian mavisi, ICP-OES yöntemi ile MDA-MB-231, MCF-7 ve MCF-10A hücrelerinde araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre 2DG- ix MNP'lar, COOH-MNP'lara göre daha fazla hücrelerin içine alındığı ve en fazla alımın MDA-MB-231 hücrelerinde olduğu, bunu MCF-7 ve MCF-10A hücrelerinin takip ettiği bulunmuştur. 2DG-MNP'ların, hücre tipi fark etmeksizin düşük konsantrasyonlarda apoptozu tetiklemediği fakat yüksek konsantrasyonda tetiklediği gözlemlenmiştir. Ayrıca dört ilaç metabolize eden iki faz 1 (CYP1A1, CYP1B1) ve iki faz 2 (GSTM3, GSTZ1) enzimlerin gen ekspresyon düzeyleri düşük konsantrasyonda artmazken yüksek konsantrasyonda arttığı bulunmuştur. Ekaryotik elongasyon factor 2-kinaz, meme kanseri tedavisi de prognostik işaret ve terapötik hedef olarak artan bir potansiyeli vardır. Bu nedenle eEF2k siRNA, öncelikle silika kaplı CoFe MNP'ların COOH gruplarından bağlanmıştır. Daha sonra bu genin rolü BRCA1+ mutant meme kanseri hücrelerinde (MDA-MB-436, HCC-1937) araştırılmıştır. Sonuçlarımıza göre, eEF2 kinazın siRNA bağlı MNP'lar kullanılarak susturulması, koloni oluşumunu, proliferasyonu, migrasyonu ve invazyonu bu hücrelerde anlamlı bir şekilde inhibe edildiği bulunmuştur. Ayrıca, siRNA bağlı MNP'lar kullanılarak eEF2 kinazın susturulması, in vivo orthotropic model nude farelerde de uygulanmıştır. eEF2 kinazın susturulması, migrasyon/invasyon (Src/FAK/paxillin), angiogenez (VEGF), proliferasyon (c-myc), hücre döngüsü (CyclinD1), sağkalım/ilaç dirençliliği (PI3K/Akt) translasyon düzenlenme (4E-BP1) yolaklarını inhibe etmiştir. Sonuç olarak ilk kez eEF2K tümörgenez ve BRCA1+ mutant kanser tedavisinde özgün törapatik hedef olarak kullanılabiliceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
The understanding of how magnetic nanoparticles (MNPs) interact with living system is one of the prerequisite pieces of information needed to be obtained before any further development for desired biomedical applications. In this study, Cobalt Ferrite magnetic nanoparticles (CoFe-MNPs) in their naked and silica-coated forms were characterized. In vitro cell culture for their likely cytotoxicity and genotoxicity potential were examined. The apoptosis, lipid peroxidation, ROS formation and oxidative stress related gene expression levels of some drug metabolizing enzymes in human cancer (MDA-MB-231, MCF-7) and non-cancer (MCF-10A) breast cell lines were analyzed in response to MNPs treatment. Our results revealed that, uptake of the highest amounts of CoFe-MNPs was observed in metastatic cells and the uptake of the silica coated CoFe-MNPs were higher than the naked ones in all cells. Naked CoFe-MNPs represented higher levels of cytotoxicity, genotoxicity and ROS generation compared to silica coated CoFe-MNPs. Silica coated CoFe-MNPs were functionalized with COOH groups for further modifications. 2-amino-2-deoxy-glucose (2DG), which is a potential targeting molecule for cancer treatment, was conjugated on silica coated CoFe-MNPs surface through - vi COOH groups. Internalization and accumulation of both -COOH modified (COOH-MNPs) and 2DG conjugated (2DG-MNPs) were studied in MDA-MB-231 and MCF-7 cancer and MCF-10A non-cancer breast cells by transmission electron microscopy (TEM), Prussian blue staining and Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). According to our results, it was apparent that 2DG-MNPs were internalized more efficiently than COOH-MNPs under same conditions, in all cell types studied. Moreover, the highest amount of uptake was observed in MDA-MB-231 cells, which is followed by MCF-7 and normal MCF-10A for both MNPs. The apoptotic effects of 2DG-MNPs was further evaluated, and it was found that apoptosis was not induced at low concentration of 2DG-MNPs, regardless of the cell types, whereas dramatic cell death was observed at higher concentrations. In addition, the gene expression levels of some drug metabolizing enzymes, two Phase I (CYP1A1, CYP1B1) and two Phase II (GSTM3, GSTZ1) were also seen to increase at high concentration of 2DG-MNPs, whereas at low concentration no induction was observed. Eukaryotic elongation factor-2 kinase (eEF2K) is gaining potential as a prognostic marker and therapeutic target to treat breast cancer. Hence, eEF2K siRNA was decorated on silica coated CoFe-MNPs through -COOH groups and the expression and role of this gene investigated in the BRCA1 mutated breast cancer cells (MDA-MB-436, HCC-1937). According to our results, the silencing of eEF2K using siRNA decorated MNPs inhibited colony formation; proliferation, migration and invasion of BRCA1 mutated cells. Furthermore, the down modulation of eEF2K was investigated in an orthotropic model of BRCA1 mutated breast cancer in nude mice in vivo by through systematically administration of eEF2K siRNA decorated MNPs. In vivo silencing of eEF2K lead to inhibition of molecules and pathways that are involved in migration/invasion (Src/FAK/paxillin), angiogenesis (VEGF), proliferation (c-Myc), cell cycle (CyclinD1), survival/drug resistance (PI3K/Akt) translational regulation (4E-BP1). Taken together, our data suggest, for the first time, which eEF2K is associated with tumorigenesis and progression of BRCA1 mutated breast cancer and may be a novel potential therapeutic target in this cancer.
Benzer Tezler
- Constructing peptide (GEPI)-protein molecular hybrids by using genetic engineering methods for materials and medical applications.
Malzeme ve medikal uygulamalar için gen mühendisliği yoluyla peptid (GEPI)-protein hibritlerin oluşması.
DENİZ ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2011
Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
PROF. DR. MEHMET SARIKAYA
- Nikelalüminat (NiO/Al2O3) nanopartiküllerinin üretimi
Production of NiO/Al2O3 nanocomposite particles
TUNÇAĞ CİHANGİR ŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Ni/ZnO nanokompozit partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz tekniğiyle üretimi
Production of Ni/ZnO nanocomposite particles via ultrasonic spray pyrolysis (USP) method
İLAYDA KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Bakır/gümüş/çinko oksit (CuAg/ZnO) partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz yöntemiyle üretimi
Production of CuAg/ZnO nanocomposite particles by ultrasonic sprey pyrolysis
TOLGA ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Development of aqueous quantum dots and hybrid nanoparticles
Suda asılı kalan kuantum noktacıkların ve hibrid nano parçacıkların geliştirilmesi
SÜLEYMAN SİNAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. H. FUNDA YAĞCI ACAR