Therapeutic and diagnostic applications of extracellular vesicles
Hücre dışı keseciklerin terapötik ve diagnostik uygulamaları
- Tez No: 427829
- Danışmanlar: PROF. DR. İHSAN GÜRSEL, DOÇ. DR. MAYDA GÜRSEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Allerji ve İmmünoloji, Moleküler Tıp, Tıbbi Biyoloji, Allergy and Immunology, Molecular Medicine, Medical Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 226
Özet
Hücre dışı kesecikler (EV), eksozom ve mikrokeseciklerden oluşan, hücreler tarafından salgılanan doğal nano kesecikler olup hücreler arası iletişim, kargo taşıma ve immün yanıtı düzenleme gibi birçok biyolojik olayda görev adıkları bilinmektedir. Yapılan çalışmalar EV'lerin, otoimmün ve/veya otoenflammatuvar hastalıkların patogenezinde rol aldıklarını göstermektedir. Bunun yanı sıra EV'lerin immün yanıtları düzenleyebilecek karakterde doğal nano taşıyıcılar olarak kullanılabileceğini öneren çalışmalar bulunmaktadır. Bu tezin amacı EV'lerin potansiyel diagnostik ve terapötik uygulamalarını araştırmaktır. BD sürekli ve yüksek immün aktivasyon ile karakterize olan bir hastalık olmasına rağmen hastalığa neden olan mekanizmalar tam anlamıyla aydınlatılamamıştır. Bu çalışmada, bir anti-mikrobial peptid olan LL37 ve EV'lerin hastalık seyri ile parallel bir şekilde arttığını gösterdik. Plazmadaki LL37'nin EV'ler ile assosiye olduğu belirlenmiştir. LL-37 bağlanmış plazma EV'lerinin immün hücreler tarafından daha yüksek oranda ve verimle internalize olmasını sağlayarak patolojik ve sürekli etkin bir immün yanıtın oluşmasına sebep olarak BD patogenezinde hastalığın şiddetini yönlendirmektedir. Aktif BD hastalarından izole edilen EV'ler sağlıklı periferik kan hücrelerinden (PBMC) IL-1β, IFNα, IL-6 ve IP-10 salgılanmasına neden olmaktadır. Sağlıklı EV'lerle LL37 karıştırıldığında bu EVlerin BD plazmasından elde edilen EV'ler gibi davranarak patolojik etkiye sebep olduğu bulunmuştur. EV ve LL37'nin BD'deki rolü, klinikte BD tanısı ve hastalığın durumunu tespit etmek için kullanılabilecek bir diagnostik bulgudur. Yakın zamanda yapılan çalışmalar, eksozomların ilaç veya aşı taşıyıcı vektörler olarak kullanılabilecek yeni nesil nanotaşıyıcılar olabileceklerini iddia etmektedir. Ancak literatürdeki teknikler eksozomlara istenilen kargonun etkin olarak yüklenmesini sağlamamaktadır. Biz bu çalışma ile eksozomlara istenilen kargonun yüksek verimle yüklenmesini sağlayacak basit ve moleküler yapılara zarar vermeyen bir teknik geliştirerek eksozomları immün tedavide kullanmayı amaçladık. Bu teknik kullanılarak eksozomlara CpG ODN yanında antijende yüklenerek, koruyucu aşı olarak, terapötik potansiyelleri araştırılmıştır. Eksozomlara enkapsüle edilmiş CpG ODN'lerin fare dalak hücrelerinden salınan IL-6 ve IL-12 cevaplarını yükseltirken, pDC'lerden de IFNα salgımını 6 kat artırmıştır. Eksozomlar, CpG ODN'leri DNase-I atağından %90'dan fazla koruduğu elde edilmiştir. CpG ODN'ler ovalbumin (OVA) ile birlikte eksozomlara yüklenerek potansiyel aşı vektörü olarak kullanılan çalışmada Exo(CpG ODN+OVA) enjekte edilen hayvanlar daha güçlü ve uzun süreli Th-1 karakterli anti-OVA immün yanıı oluşturmaktadır. Bu immün yanıt ise, hayvanları OVA ifade eden EG-7 hücre hattının oluşturduğu timoma'ya karşı aşılamadan 24 hafta sonra bile koruyabilmektedir. Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar, EV'lerin hem diagnostik/prognostik, hem de terapötik amaçlı kullanım potensiyellerinin yüksek olduğunu göstermektedir. BD hastalarında LL37/EV ilişkisi, hastalık patogenezi ile ilgili önemli bir bilgi verirken, hem BD tanısında, hem de hastalık seyrinin takibinde kullanılabileceklerini önermektedir. Bunun yanı sıra tez'in ikinci kısmında yürütülen çalışmamızda eksozomların hücre kullanılmayan kişiselleştirilmiş yeni nesil terapilerde kullanılabileceklerini göstermektedir. Ayrıca eksozomlara istenilen her çeşit kargonun (siRNA, plasmit ve protein gibi) yüklenmesini sağlayan yeni bir teknik ortaya çıkararak, bu keseciklerin terapötik kullanım potansiyellerini genişletmektedir.
Özet (Çeviri)
Extracellular vesicles (EV), consisting of exosomes and microvesicles, are secreted biological nanovesicles and assumed plethora of physiological functions ranging from transport of cargo, regulating distant cell communication, and altering immune response. Accumulating evidence suggests that extracellular vesicles may participate in disease pathogenesis of inflammatory diseases. Moreover, accumulating evidence suggests that EVs are promising nanocarrier capable of modulating immune response. This thesis aims to harness EVs in immunotherapeutic and diagnostic applications. Behçet's Disease (BD) activity is manifested with sustained, over exuberant immune activation, yet the underlying mechanisms leading to active BD state is poorly defined. Herein, we show that the human cathelicidin derived antimicrobial peptide LL-37 and EVs are elevated in BD plasma. Our data suggested that majority of LL37 is associated with EVs. This association drives plasma EVs to immune cells, enhancing pathologic and sustained immune response, thereby leading to aggravating BD pathology. Stimulation of healthy PBMC with active BD patient EVs induced heightened IL-1β, IFNα, IL-6 and IP-10 secretion compared to healthy and inactive BD EVs. Remarkably, when mixed with LL-37, healthy plasma-EVs triggered a robust immune activation replicating the pathology inducing properties of BD EVs. Findings of this study could be of clinical interest in the management of BD, implicating that LL-37/EV association as one of the major contributors of BD pathogenesis and might be used as a diagnostic read-out to stratify the severity of BD patients. EVs, more specifically exosomes, suggested as new tools for biomedical applications such as drug/vaccine carrier vesicles. However, efforts to engineer cells to express desired cargo in/on these secreted exosomes or induce physical complexation with candidate bioactive agents or even use of membrane-breaching techniques such as electroporation to load exosomes with desirable cargo showed limited in vivo performance. Here we developed a mild and simple technique enabling external loading of any type of desired bioactive molecule within exosomes at high yield. Using this approach, we exploited therapeutic potential of exosomes encapsulating CpG ODN together with a protein antigen as a vaccine cancer for preventive tumor therapy. CpG ODN loaded within exosomes displayed pronounced in-vitro activity as evidenced by up to 6-fold higher IL6 and IL12 secretion from splenocytes as well as increased IFNα secretion from pDCs. Exosomes protected CpG ODN from digestion by DNase-I up to 90%. In order to demonstrate improved in-vivo activity, exosomes co-encapsulating CpG ODN and ovalbumin were tested as a potential vaccine vector against EG-7 thymoma. Animals that received Exo(CpG ODN+OVA) vaccine led to a magnified and persistent Th1-biased anti-OVA IgG responses that was sufficient to fully protect mice from EG-7 derived tumor challenge even after 24 weeks post-booster injection as opposed to free vaccine combination. Our results suggest that EVs could be of clinical interest in both prognosis and management of BD, implicating LL-37/EV association as one of the major contributors of BD pathogenesis. In addition, our studies related with exosomes present a platform that opens a new avenue to personalized cell-free therapeutic intervention and could be developed to harbor other therapeutically important molecules ranging from plasmid to mRNA or si/miRNA for more effective therapeutic modality development in the clinic against debilitating diseases ranging from cancer to infectious diseases.
Benzer Tezler
- Genetically designed microbes for bioimaging and biosensing
Biyogörüntüleme ve biyosensing için genetik olarak tasarlanmış mikroplar
MERVE YAVUZ
Doktora
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Lipid metabolizmasının düzenlenmesinde rol oynayan mikroRNA' ların ateroskleroz patogenezinde olası etkilerinin araştırılması
Investigation of possible effects of microRNAs involved in regulation of lipid metabolism in the pathogenesis of atherosclerosis
AYŞEGÜL GÖRÜR
- Denizel canlı kaynaklardan izole edilen glikozaminoglikanların insan glioblastoma U87MG hücreleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of glycosaminoglycans isolated from marine living resources on human glioblastoma U87MG cells
NEBAHAT BUŞRA AKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Biyolojiİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT PEKMEZ
- Biomacromolecules, molecules and functional nanoparticles for therapeutic and diagnostic applications
Terapötik ve diagnostik uygulamalar için biyomakromoleküller, moleküller ve fonksiyonel nanoparçacıklar
AYŞE ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2016
Biyoteknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY
DOÇ. DR. TURGAY TEKİNAY
- Biomolecule-polymer conjugates for diagnostic applications
Tanı uygulamaları için biyomolekül-polimer konjugatları
BEYZA DEMİRKOL