Biomedical applications of peptide nanostructures
Peptit nanoyapıların biyomedikal uygulamaları
- Tez No: 427836
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyokimya, Biochemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 219
Özet
Bilim adamları için önemli bir ilham kaynağı olan doğa, kendiliğinden bir araya gelerek oluşan uyarlanabilir akıllı sistemler yaratabilmek için mükemmel ve kompleks örnekler sunmaktadır. Bu sofistike sistemleri anlamak için büyük çaba harcanmaktadır. Kendiliğinden bir araya gelme yaklaşımı farklı moleküler dizaynlar kullanarak bu sistemleri taklit etmemize olanak sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, peptit amfifil molekülleri şeker, lipit ya da inorganik içerikli yapılara kovalent ya da nonkovalent etkileşimler sayesinde entegre edilerek yeni nesil biyomalzemeler geliştirilmiştir ve bu malzemelerin biyomedikal uygulamaları test edilmiştir. Peptit amfifiller, içerdikleri farklı kimyasal özellikteki amino asitler sayesinde değişik morfolojilerde supramoleküler nanoyapılar oluşturabilmektedirler. Amaca uygun olarak eklenen biyoaktif amino asit dizileri malzemenin biyouyumluluğunu arttırırken aynı zamanda hücresel faaliyetleri de yönlendirme özelliğine sahiptir. Bunun yanısıra, amfifilik karakterleri hidrofobik etkileşimler sonucunda diğer amfifilik yapılarla ya da hidrofobik yüzeylerle etkileşime girmelerini mümkün kılar. Bu tez çalışması kapsamında üç uygulama alanı için farklı hibrit peptit amfifil sistemleri incelenmiştir. İlk bölümde aşağıdan yukarı fabrikasyon yaklaşımlarından biri olan kendiliğinden bir araya gelme stratejisi, bu stratejinin genel olarak peptitlerde kullanımı, peptitlerin kendiliğinden birleşmelerini tetikleyen etkileşimler ve faktörler, oluşan yapılarda peptit amfifil dizaynının önemi ve geliştirilen peptit amfifil sistemlerin biyomedikal uygulamaları hakkında bilgiler verilmiştir. İkinci kısımda hücre penetrasyonunu arttırdığı bilinen arginine amino asitleri kullanılarak sentezlenen peptit amfifil molekülleri lipozomal sisteme dahil edilerek yeni bir ilaç taşıma sistemi geliştirilmiştir. Bu sistemin farklı model boya ve antikanser ilaçlarını enkapsüle etme kapasitesinin yanında yüklenen aktif moleküllerin hücreye alınma profilleri ve terapötik etkileri incelenmiştir. Üçüncü kısımda, ilaç taşıma ve teranostik amaçlar için kullanılması hedeflenen mezoporoz silika nanoparçacıklar farklı yüklerde sentezlenmiş peptit amfifiller ile fonksiyonelleştirilerek biyouyumlulukları ve hücreye alınma eğilimleri test edilmiştir. Dördüncü bölümde de klinik olarak da kullanılma potansiyeli olan süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıkların peptit amfifil molekülleri ile kaplandıktan sonra manyetik rezonans görüntülemede negatif kontrast ajanı olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. Son bölümde ise kıkırdak dokusunda yoğunlukla bulunan hyaluronik asit yapısını taklit edebilen ve doğal olarak kendiliğinden bir araya gelebilen glikopeptit nanofiber yapıları geliştirilerek kıkırdak rejenerasyonundaki etkisi hücre kültürü ve hayvan deneyleri ile incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Nature as an important inspirational source for scientists presents complex and elegant examples for adaptive and intelligent systems created by self-assembly. There has been a great endeavour for understanding these sophisticated systems and self assembly gives us an opportunity to emulate these systems by customized molecular designs. In this thesis, next-generation biomaterials were developed by integrating peptide amphiphile molecules into sugar, lipid or inorganic based materials through covalent or noncovalent interactions and their biomedical applications were investigated. Peptide amphiphiles can form morphologically different supramolecular nanostructures based on the amino acid sequence they bear. Also, a bioactive amino acid sequence can be inserted into the peptide backbone not only to enhance the biocompatibility of the material but also to direct cellular responses. On the other hand, amphiphilic character of peptide amphiphiles enables to interact with other amphiphilic molecules or hydrophobic surfaces via hydrophobic interactions. In the scope of the present thesis, peptide based systems were utilized in three different biomedical applications: drug delivery, bioimaging and regenerative medicine. In the first chapter, the self-assembly as one of the bottom-up approaches, peptide self-assembly, the forces and factors triggering the peptide assembly, the importance of peptide amphiphile design in the resulting nanostructure and the biomedical applications of peptide amphiphiles are shortly introduced. In the second chapter, a new drug delivery system is devised by incorporating peptide amphiphile molecules, which are synthesized using arginine residues that are known to enhance cell penetration, into the liposomal system. Beside the investigation of model dye and anticancer drug encapsulation capacities of the prepared formulation, cellular uptake profiles and therapeutic effects of liposomal systems are also examined. In the third chapter, mesoporous silica nanoparticles, which are anticipated to be used in drug delivery and theranostic applications, are individually functionalized with two distinct peptide amphiphile molecules with different overall charges and their biocompatibilities and cellular uptake profiles are examined. In the fourth chapter, superparamagnetic iron oxide nanoparticles that have also potential to be utilized in clinical applications are shown to be applicable as negative contrast agents in magnetic resonance imaging after coating with peptide amphiphiles. The last chapter covers the development of glycopeptides nanofibers that can mimic natural hyaluronic acid abundantly found in native cartilage tissue and its effect on the cartilage regeneration.
Benzer Tezler
- Design and development of ECM-inspired peptide-based nanostructures for bioengineering and biomedicine
Biyomühendislik ve biyotıp uygulamaları için hücreler arası matriksten esinlenilen peptit nanoyapıların tasarımı ve geliştirilmesi
ELİF ARSLAN
Doktora
İngilizce
2017
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY
- Light triggered self-assembly and hydrogelation of azobenzene bearing peptides and investigation of their nanostructures
Işıkla tetiklenerek kendiliğinden yapılanan azobenzen içerikli peptit hidrojeller ve nanoyapılarının incelenmesi
MENİZ TEZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SALİH ÖZÇUBUKÇU
- Hava-su ara yüzeyinde çeşitli nanoyapıların kendiliğinden kümeleşerek oluşturulması ve elde edilen nanoyapıların karakterizasyonu
Synthesis of the various nanostructures at the air-water interface by the self assembly mechanism and characterization of these nanostructures
DİLARA ŞENYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
- Functionalized pisa particles for targeted delivery and imaging
Hedefli taşıma ya da görüntüleme için fonksyonelleştirilmiş polimerik nanoparçacıklar
BAŞAK ÖVÜL
- Supramolecular chiral self-assembled peptide nanostructures
Kendiliğinden düzenlenen supramoleküler kiral peptit nanoyapılar
MERYEM HATİP
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER