Controlled release of bioactive agents
Biyoaktif ajanların kontrollü salımı
- Tez No: 594436
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA NEŞE KÖK, DOÇ. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Kanser, bir dokudaki hücrelerin kontrolsüz bölünüp çoğalması ile oluşan, günümüzde yaygın olarak görülen ve ölümle sonuçlanabilen bir hastalıktır. Kanserin başlangıç evresinde tespit edilmesi ve hemen tedaviye başlanması tedavinin başarısı açısından büyük önem arz etmektedir. Kanserli yapıların tedavisinde kemoterapi, cerrahi müdahele, radyoterapi gibi geleneksel yöntemler kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemlerin yan etkileri mevcuttur. Örneğin; en etkili yöntemlerden biri olan kemoterapi tedavisinde kullanılan anti-kanser ajanların sağlıklı doku ve hücreler üzerinde olumsuz etkileri söz konusu olmaktadır. Bu durumun üstesinden gelmek için direkt olarak tümörlü yapıları hedefleyen ve ortama belirli bir hızda ilaç salımına olanak sağlayan hedefli ilaç taşıma sistemleri üzerine önemli araştırmalar yapılmaktadır. Bu amaç için günümüzde manyetik nanoparçacıklar ilaç taşıyıcı sistemler olarak kullanılabilmektedir. Bu parçacıklar gerekli modifikasyonlarla ilaç yüklenmeye uygun ve hedeflenen bölgeye manyetik alan altında ulaştırılabilir hale getirilebilmektedir. Bu yeni yaklaşım ile geleneksel kemoterapinin aksine sadece tümörlü hücrelere müdahale edilebilir ve kemoterapötik ajanların sağlıklı hücreler üzerindeki olumsuz etkisi azaltılabilir. Manyetik nanoparçacıklar arasında biyomedikal uygulamalarda en çok tercih edilen manyetitlerdir (Fe_3 O_4). Manyetitler; biyouyumlulukları, yüzey işlevselliklerinin kolay olması ve süperparamanyetik özellikleri sayesinde Manyetik Rezonans görüntülemede, hedeflendirilmiş ilaç taşıma sistemlerinde ve manyetik hipertermi tedavisinde kullanılmaları büyük ilgi görmektedir. Bu çalışmanın amacı, hedefe yönelik kanser tedavisi için folik asit ile yüzeyi modifiye edilmiş manyetit nanoparçacıkların geliştirilmesidir. Çalışmada, manyetik nanoparçacıklar, 2: 1 mol oranında ferrik ve ferröz demir tuzlarının sulu çözeltileri hazırlanarak birlikte çökeltme yöntemi ile üretilmiştir. Sentezlenen manyetik nanoparçacıkların yüzeylerine, daha kararlı bir yapıda olmak, daha iyi biyouyumluluk özelliği göstermek ve parçacıkların kendi aralarında toplanmasını önlemek amacıyla silika kaplama yapılması hedeflenmiştir. Bu amaç için, TEOS kullanılarak parçacıkların yüzeyine SiO_2 kaplaması yapılmıştır. Daha sonra, silika kaplı manyetik nanoparçacıkların yüzeyi, sıcaklığa duyarlı olan N-izopropilakrilamid (NIPAm) polimer ile kaplanmıştır. NIPAm polimerizasyonu, monomer N-izopropilakrilamid, çapraz bağlama maddesi BIS ve yüzey aktif madde SDS kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Parçacıkların yüzeyine folik asit immobilizasyonu için fonksiyonel amino grubu sağlayacak doğal bir polimer olan kitosan tercih edilmiştir. Silika kaplı manyetit parçacıklar, % 25 glutaraldehit çözeltisi çapraz bağlayıcısı kullanılarak kitosan ile modifiye edilmiştir. Daha sonra, folik asit immobilizasyonu, kitosan ile kaplı manyetik nanopartiküller üzerinde EDC-NHS birleştirme yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Üretilen manyetik nanoparçacıkların karakterizasyonu için X-ışınları difraksiyonu, Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi ve titreşimli örnek manyetometresi kullanılmıştır. Elde edilen X-ışını kırınım modeli, sentezlenen manyetik nanoparçacıkların manyetit (Fe_3 O_4) ve yüzey merkezli bir kübik yapıda olduğunu göstermektedir. Silika, kitosan ve NIPAm ile parçacık yüzeyine yapılan modifikasyonlar ve kitosan kaplı parçacıklara yapılan folik asit konjugasyonu, Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi analizi ile kontrol edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre, her bir malzemenin yüzey modifikasyonu başarı ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen SEM görüntülerine göre, kaplanmamış manyetik nanoparçacıklar bir araya toplanmış halde görülmekte ve yüzey morfolojileri tam olarak anlaşılamamaktadır. Silika kaplı manyetitlerin SEM görüntülerine bakıldığında, parçacıkların küresel bir morfolojiye sahip ve ortalama boyutlarının 327 ± 68 nm olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca, üretilen manyetik nanoparçacıkların manyetik özellikleri, ± 10 kOe 'lik dış manyetik alana sahip titreşimli numune manyetometresi ile ölçülmüştür. Elde edilen manyetizasyon-histeresis eğrilerine göre, manyetik nanoparçacıklar süperparamanyetik özellik göstermektedir. Ayrıca, yüzeye yapılan manyetik olmayan kaplamaların parçacıkların manyetik özelliklerinde bir azalmaya sebep olduğu görülmektedir. Karakterizasyon çalışmalarından sonra, yüzeyi kitosan kaplı ve folik asit konjugasyonu yapılmış manyetik nanoparçacıkların ilaç yükleme kapasiteleri, in vitro ilaç salım çalışmaları ve in vitro hücre canlılığı etkileri araştırılmıştır. Model kemoterapötik ilaç olarak doksorubisin hidroklorür (DOX) kullanılmıştır. Manyetik nanoparçacıklardan DOX salımı ortalama fizyolojik sıcaklık olan 37 °C'de PBS tamponunda (pH 7.4) yapılmıştır. Daha sonra, DOX yüklü ve yüksüz manyetit nanoparçacıkların hücre proliferasyonuna etkileri, MCF-7 göğüs kanser hücre hattı üzerinde MTT testi ile incelenmiştir. Hücreler 72 saat boyunca doğrudan DOX'a maruz bırakıldıklarında, hücre canlılığı hızlı bir şekilde % 6.38'e düşmüştür. Ayrıca, DOX yüklü folik asit ile konjuge edilmiş parçacıkların, DOX yüklü kitosan kaplı parçacıklar ile kıyaslandığında, MCF-7 hücrelerinin proliferasyonunu etkili bir şekilde azalttıkları gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar, yüzeyine folik asit immobilizasyonu yapılmış parçacıkların, folik asitin kanser hücrelerinde fazlasıyla ekspresyonu gerçekleşen folat reseptörüne afinitesi sayesinde, MCF-7 hücrelerini hedefleyebildiğini göstermektedir. Böylece hücrelerin ölümü bu parçacıklardan DOX salımı ile tetiklenebilmektedir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre; folik asit ile fonksiyonelleştirilen, anti-kanser ajanı yüklü manyetik nanoparçacıkların kanser hücrelerini başarılı bir şekilde hedefleyerek kanser tedavisinde hedefe yönelik ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanılabilecek uygun nanomalzemeler olduğu söylenebilmektedir.
Özet (Çeviri)
Cancer is an important health issue in today's world; causing severe decline both in life expectancy and life standards of patients. There are clinically used conventional techniques such as chemotherapy, surgery and radiation therapy for its treatment. However, those methods have serious side effects on the human body. For instance, they are likely to show harmful effects on healthy cells, because chemotherapeutic agents are systemically administered to body, and they are non-specific for tumor tissues. A novel approach of using magnetic nanoparticles has been developed to overcome the limitations of those traditional methods. Magnetic nanoparticles are composed of iron oxides and the most commonly studied type of iron oxide is magnetite (Fe_3 O_4). Magnetites are suitable for diagnostic and therapeutic applications, such as Magnetic Resonance Imaging, magnetic hyperthermia and targeted drug delivery systems due to their biocompatibility, ease of surface functionalization and unique size-dependent magnetic properties. The purpose of this study is to improve target specificity of cancer therapy by folic acid conjugated-magnetite nanoparticles. Folic acid receptors are overexpressed in some cancer types. Thus, folic acid conjugation increases the internalization of the particles, and the encapsulated drugs, to cancer cells. Within the scope of this study, magnetite nanoparticles were synthesized by the co-precipitation method of ferrous and ferric aqueous solutions at 2:1 molar ratio. However, due to lack of stability of the particles in physiological environment, their surface needed to be modified. In order to achieve this modification, magnetite nanoparticles were coated with silica for more stability and biocompatibility. Silica coating also prevents the agglomeration of the nanoparticles. Silica-coated nanoparticles were further modified with N-isopropylacrylamide (NIPAm) which is a thermosensitive polymer. The polymerization of NIPAm on the magnetites was carried out using N-isopropylacrylamide as the monomer, BIS as the cross-linking agent and SDS as the surfactant. Chitosan was chosen to provide functional groups for folic acid immobilization. Therefore, silica-coated magnetites were modified by chitosan which is a natural and biocompatible polymer. The amino groups of chitosan were cross-linked with 25% glutaraldehyde solution. As a result, chitosan-coated Fe_3 O_4 nanoparticles were obtained. Subsequently, folic acid was conjugated on the chitosan-modified magnetic nanoparticles by EDC-NHS coupling method. The characterization of magnetic nanoparticles was performed by X-ray diffractometry, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and vibrating sample magnetometer. X-ray diffraction pattern indicates that the synthesized magnetic nanoparticles are magnetite (Fe_3 O_4) and they have a face-centered cubic structure. The modifications with silica, NIPAm, chitosan and folic acid conjugation on the particles were confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy. The results verified that the modification of each material on the bare nanoparticles was successful. SEM results demonstrated a spherical morphology of silica-coated magnetites. Moreover, the magnetic properties of prepared particles were characterized by a vibrating sample magnetometer with an external magnetic field of ± 10 kOe. The magnetization- hysteresis curves showed typical superparamagnetic behavior of nanoparticles. Additionally, the coating of the non-magnetic layers on the particles caused a reduction in the magnetic properties. Doxorubicin hydrochloride (DOX) was loaded into the synthesized particles as a model chemotherapeutic drug in order to observe drug loading, drug release and antiproliferative effects of chitosan-coated and folic acid conjugated-magnetic nanoparticles. The release DOX was performed in PBS buffer (pH 7.4) at 37 °C. Furthermore, cell viability of MCF-7 human breast adenocarcinoma cells treated with only DOX, DOX-loaded and DOX-free chitosan-coated and folic acid-conjugated magnetite nanoparticles were examined by MTT assay. It was observed that, when cells were directly treated with DOX, cell viability significantly decreased to 6.38% in 72 hours. In addition, DOX-loaded folic acid-conjugated particles reduced the proliferation of MCF-7 cells more efficiently compared to DOX-loaded chitosan-coated particles. The results indicated that folic acid-conjugated nanoparticles were able to target MCF-7 cells due to folic acid-folate receptor affinity. Thereby, the apoptosis of the cells was triggered as DOX was being released from these particles. In sum, this study argues that folic acid-conjugated magnetic nanoparticles can be effective drug carriers for targeted drug delivery systems in cancer therapy.
Benzer Tezler
- Development of functional composite edible packaging materials for controlled release of bioactive substances
Biyoaktif bileşiklerin kontrollü salımı için fonksiyonel kompozit yenebilir ambalaj materyalleri geliştirilmesi
İSKENDER ARCAN
- Controlled release of 2,4-D through polymeric microspheres
2,4-D'nin polimerik mikroküreciklerden kontrollu salımı
HASAN BİLOKÇUOĞLU
- Electrospinning of cyclodextrin functionalized nanofibers and their applications
Elektroeğirme yöntemi ile üretilen siklodekstrin fonksiyonlu nanolifler ve uygulama alanları
ZEYNEP AYTAÇ
Doktora
İngilizce
2016
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAMER UYAR
- Mikrosistemlerde Aljinat ve Kitosan Mikropartikül Üretimi ve Karakterizasyonu
Production and Characterization of Alginate And Chitosan Microparticules in Microsystems
HASRET ÖZDİLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
BiyomühendislikGümüşhane ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞEREF AKAY
- E vitamininin elektrodöndürme yöntemiyle enkapsülasyonu ve elektrodöndürmeyi etkileyen parametrelerin incelenmesi, nanoliflerin karakterizasyonu
Nanoencapsulation of vitamin E via electrospinning and the investigation of factors affecting electrospinning, characterization of nanofibers
TUĞBA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY