A theranostic bio-device for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalar için teşhis ve tedavi biyo-aracı
- Tez No: 575436
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- 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: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 178
Özet
Biyolojik sistemler doğaları gereği programlanabilirdir. Bilim insanları bu sistemlerin yeteneklerini kullanarak biyolojik teşhis, hücresel olayların kaydedilmesi, ilaç üretimi ve hastalık tedavisi gibi konular için“yaşayan sistemler”tasarlamış, geliştirmiş ve bu ilaçları yeniden amaçlandırmıştır. Bu amaçlar için kullanılan güncel yöntemlerle kıyaslandığında biyolojik sistemler mühendisliği tıbbın ve özellikle hastalık tedavisinin geleceği için umut verici bir araç sunmaktadır. Tip 2 diyabet (T2D) vücutta insülinotropik hormonların eksikliğinden kaynaklanan ve dünya genelinde yarım milyar insanı etkileyen bir hastalık durumudur. Bu hastalığın tedavi stratejileri hasta kanındaki glikoz seviyelerinin izlenmesini, insülinotropik hormonların ilaç kalitesinde üretilmesini ve hastaya dozaja göre uygulanmasını kapsar. Tüm bu operasyonlar tedavinin fiyatını arttırmakta ve hem sağlık profesyonelleri hem de hastalar için global bir problem oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında biz, T2D için sentetik biyoloji prensipleri ve genetik mühendisliğine dayalı hücre içi duyu ve cevap yolaklarını kullanan özgün sistemler önermekteyiz. Önerilen stratejiler, Escherichia coli (E.coli) bakterisinin hücre içi glikoliz mekanizmasını kullanan ve glikoz miktarını belirleyebilen bir tüm hücre biyosensör modülünü, ve hücre yüzeyinden kontrollü şekilde tedavi edici moleküler salgılayabilen bir salınım modülü içermektedir. Bu amaçla glikoliz sonucu üretilen piruvatı hidrojen perokside çeviren piruvat dehidrogenaz enzimi SpxB kullanılmış ve sonrasında üretilen hidrojen peroksiti algılayabilen geliştirilmiş bir tüm hücre biyosensörü oluşturulmuştur. Bu biyosensörün oluşturduğu sinyalin ise daha sonraki aşamalarda hücre içerisinde ilişkilendirilmesi için Antijen-43 (Ag43) ototransporterine bağlı hücresel salınım sistemi geliştirilmiştir. Bu sistemde T2D tedavisinde kullanılan insülinotropik GLP-1 hormonu ile birleştirilmiş Ag43 ototransporteri kontrollü olarak hücre yüzeyinde ifade edilmiş, farklı orijinli bir model Ag43 ototransporterinin kontrolüyle ise birleştirildiği TEV proteaz enzimi ile GLP-1 hormonunun TEV tanınma bölgesinden kesilip ortama salınması sağlanmıştır. Glukoz tespit sistemi ve başarıyla çalıştırılan cevap mekanizması göz önüne alındığında oluşturduğumuz sistem T2D tedavisi için büyük bir potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
Biological systems are programmable by their nature. With using the abilities of these systems, scientists have designed, engineered and repurposed living machines for various tasks including biological sensing, recording of cellular events, drug production and disease treatment. Compared to the current methodology for these tasks, engineering biological systems provide a promising tool for the future of medicine, especially in the case of disease treatment. Type II Diabetes Mellitus (T2DM) is a medical condition which occurs by the deficiency of insulinotropic hormones inside the body and affects nearly half a billion people worldwide. Treatment strategies for this disease include monitoring patient for blood glucose levels, fine production of insulinotropic hormones and providing dose-controlled treatment for the patients. All these operations increase the cost of the treatment and cause a global problem for both medical professionals and patients. In this thesis, we propose novel systems for developing theranostic strategies for T2DM by using synthetic biology principles and genetically controlled sense-and-response cascades inside living cells. Proposed systems include a whole-cell glucose biosensor module, which can detect glucose concentrations by using internal glycolysis machinery of a probiotic Escherichia coli (E. coli) bacteria, and a release module, which can controllably secrete therapeutic molecules from the E. coli cell surface. To do that, we engineered an enzyme-based biosensor module which takes the pyruvate synthesized as a result of glycolysis and turns that molecule into hydrogen peroxide via SpxB pyruvate oxidase enzyme to later detect that signal with an optimized hydrogen peroxide biosensor. In order to later incorporate this biosensor with a release mechanism, we designed and engineered an Antigen-43 (Ag43) autotransporter based peptide release system. In that system, we used Ag43 autotransporter fused GLP-1 peptide, an insulinotropic hormone for the type II diabetes treatment that is controllably displayed on the cell surface. Another Ag43 fused protein, TEV protease, with a different control mechanism is also cooperated in the system to release GLP-1 from the surface by cutting the peptide from its recognition site. Taking the ability of glucose sensing and the successfully engineered release mechanisms, our proposed system has a huge potential to be used as an alternative system for treatment of the T2DM.
Benzer Tezler
- Development of Cancer Cell Selective Photodynamic Therapy Agents & Bio-Chemiluminescent Probes for Tumor Imaging
Kanser Hücrelerine Seçici Fotodinamik Terapi Ajanlarının ve Tümör Görüntülemesi İçin Biyo-Kemilüminesan Ajanların Geliştirilmesi
TOGHRUL ALMAMMADOV
- Metal-bağlayan amino asitlerce zengin peptidler ile fonksiyonlanmış nanoparçacıkların hazırlanması ve teranostik uygulamaları
Metal-binding amino acid-rich peptides in bio-functionalized nano-carriers conception and theranostics
HICHEM MOULAHOUM
Doktora
Türkçe
2021
BiyokimyaEge ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN ZİHNİOĞLU
PROF. DR. SUNA TİMUR
- Synthesis and characterizations of conjugated oligomers and nanoparticles for optoelectronic and biological applications
Konjuge oligomerlerin ve nanoparçacıkların optoelektronik ve biyolojik uygulamları için sentezi ve karakterizasyonu
EMRE KÖKEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DÖNÜŞ TUNCEL
- Development of novel superparamagnetic iron oxide based theranostic nanoparticles
Demir oksit bazlı özgün teranostik nanoparçacıkların geliştirilmesi
ÖZLEM ÜNAL
Doktora
İngilizce
2017
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAVVA YAĞCI ACAR
- Design and fabrication of novel reactive hydrogels for delivery of therapeutic agents and biomolecular immobilization
İlaç taşıma ve biyomoleküler immobilizasyon için yeni reaktif hidrojellerin tasarımı ve sentezlenmesi
LAURA CHAMBRE