Geri Dön

ALA-mediated photodynamic therapy and delivery of genes by novel polymers

ALA-aracılı fotodinamik terapi ve genlerin özgün polimerler ile taşınması

PDF İndir

  1. Tez No: 667403
  2. Yazar: GÖZDE DEMİRCİ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAVVA YAĞCI ACAR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 64

Özet

Kanser, tedavisi zor ve karmaşık bir hastalıktır. Geleneksel terapötik yaklaşımlar, yani kemoterapi, radyoterapi ve cerrahi sınırlı başarıya sahiptir. Lokal fototerapiler ve gen terapisi gibi alternatif tedavi yöntemleri, tek bir tedavi yöntemi veya geleneksel yöntemlerle kombinasyon halinde farklı kanserlerin tedavisinde oldukça ümit vericidir. Bu tezde, fotodinamik terapi için in vitro çalışmalar ve bunun kolorektal kanser tedavisi için kemoterapi ile kombinasyonu ve osteosarkomun hedefli gen tedavisi için yeni kopolimerler ile yapılan gen transfeksiyon çalışmaları yer almaktadır. Fotodinamik tedavi (PDT), kanser ve bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde yerel, onaylanmış ve ümit verici bir yaklaşımdır. Belirli bir dalga boyunda fotohassaslaştırıcıların uyarımı ile tekli oksijen gibi reaktif oksijen türleri (ROS) oluşturarak tümör hücresi ölümünü indükler. Kolorektal, baş, boyun ve meme kanserinin tedavisi için tek başına veya fototermal terapi (PTT) veya kemoterapi gibi diğer terapötik tekniklerle kombinasyon halinde uygulanabilir. Kemoterapi ve fotodinamik tedavinin kombinasyonu, düşük ilaç dozlarında çoklu ilaç direncini (MDR) kırarak terapötik etkinliği arttırır. İyi bilinen ve FDA onaylı bir fotohassaslaştırcı olan 5-aminolevulinik asit (ALA), tümör dokusundaki floresansı ile tanı, PDT etkisiyle tedavi için umut veren bir ön ilaçtır. ALA, mitokondride hem-biyosentez yolunun hız sınırlı bir adımı olarak üretilir ve bir fotosensitizör olan protoporfirin IX'a (PpIX) dönüştürülür. Etkili PDT için, tümör hücrelerindeki PpIX konsantrasyonunu terapötik seviyelere yükseltmek için eksojen ALA uygulamasına ihtiyaç vardır. Bu tezin ilk bölümünde, kolorektal kanser tedavisinde ALA aracılı PDT ve bunun 5-florourasil (5FU) ile kombinasyonu (HCT116 hücreleri) anlatıldı. Kolorektal kanser, en çok teşhis edilen 3. tümör türüdür ve tedavisi zordur. PDT'nin doz bağımlılığı, ışınlama protokolü ve uygun sitotoksisite deneyleri önce 2D hücre kültürlerinde belirlendi ve ardından tedavinin etkinliğini tahmin etmek için daha gerçekçi modeller olan 3D erken ve geç tümör modellerine uygulandı. Alamar Blue, in vitro toksisiteyi değerlendirmek için uygun bir yöntem olarak belirdi. 100 μM ALA konsantrasyonu ve mavi lamba ile 10 dakika ışınlamanın, 2D ve 3D hücre çalışmalarında etkin bir PDT yarattığı gösterildi. Ayrıca, hücre yapılarının karmaşıklığında 2D'den geç 3D kültürlere geçildiğinde PpIX birikimi önemli ölçüde arttı. Sonuç olarak, 3D tümör modellerinde HCT116 kolorektal kanser hücrelerinin apoptotik / nekrotik ölümüne neden olan ALA aracılı PDT ile yok edilebildiği gösterildi. Ayrıca ALA'nın PpIX'e dönüşümünün 5FU'nun varlığıyla engellendiği de fark edildi; bu nedenle, ALA / 5FU'nun 1 / 0.15 mol oranı, kombinasyon tedavisi için umut verici bir reçete olarak önerildi. Osteosarkom, tedavisi son yirmi yıldır önemli ölçüde değişmeyen agresif kemik kanseridir. Gen terapisi potansiyel bir tedavi yolu olarak ortaya çıkmış olsa da, osteosarkom hücrelerini hedefleyen verimli ve toksik olmayan gen sağlama sistemlerine duyulan ihtiyaç bir zorluk olmaya devam etmektedir. Yüksek moleküler ağırlıklı poli(etilenimin) (PEI) evrensel transfeksiyon ajanları olarak kullanılır, ancak önemli sitotoksisiteye neden olur. Öte yandan, poli(amidoamin)`ler (PAA'lar), ümit verici transfeksiyon verimliliği ile biyolojik olarak uyumlu, biyolojik olarak parçalanabilen yeni polimerlerdir. İkinci bölümde, osteosarkom hücrelerinin kemiği hedefleme potansiyeline sahip (bis)fosfonik asit grupları içeren PEI-PAA kopolimerleriyle in vitro transfeksiyonu tartışılmaktadır. Düşük moleküler ağırlıklı dallanmış PEI (Mw = 1800 Da) ve 5-amino-1-pentanol (AP) ve (bis)fosfonik asit grupları ile farklı oranlarda işlevselleştirilmiş PAA makromerlerinden oluşan bir dizi yeni polimer (PAEI) üzerinde çalışıldı. Prof. Duygu Avcı Semiz grubu tarafından sentezlenen PAEI polimerleri, transfekte edilmesi en zor hücre türlerinden biri olan osteosarkom hücre çizgisinde (U-2 OS hücreleri) ve kontrol olarak kas hücrelerinde (C2C12 hücreleri) test edildi. PAEI'lerin sitotoksisitesi ve transfeksiyon etkinliği, fosfonik asit (APA yoluyla, aminofosfonik asit yoluyla) veya alendronat (ALE, bir amino bifosfonik asit yoluyla) oranlarını değiştirerek ayarlandı. En yüksek transfeksiyon verimi PAEI içeren ALE ile elde edildi. PAA, PEI ve ALE'nin varlığının, PAEI'lerin transfeksiyon performansında sinerjistik bir etki yarattığı göründü. 0.7: 0.3 AP: ALE oranı içeren en verimli PAEI polimeri, 25 kDa bPEI'den 5 kat daha yüksek bir transfeksiyon etkinliği gösterdi. Bu yeni polimer seti, osteosarkomun gen terapisi için umut verici adaylar olabilir.

Özet (Çeviri)

Cancer is a challenging and complex disease to treat. Conventional therapeutic approaches, namely chemotherapy, radiotherapy and surgery, has limited success. Alternative treatment methods such as local phototherapies and gene therapy are highly promising in the treatment of different cancers as a single treatment modality or combination with conventional methods. In this thesis, in vitro studies for photodynamic therapy and its combination with chemotherapy for the treatment of colorectal cancer and bone targeting polyplexes made by novel copolymers for gene-therapy of osteosarcoma are described. Photodynamic therapy (PDT) is a local, approved and promising approach in the treatment of cancer and bacterial infections. It induces tumor cell death creating reactive oxygen species (ROS), such as singlet oxygen, by photosensitizer excitation at a specific wavelength. It can be applied alone or in combination with other therapeutic techniques such as photothermal therapy (PTT) or chemotherapy for the treatment of colorectal, head, neck and breast cancer. Combination of chemotherapy and photodynamic therapy enhances therapeutic efficiency overcoming multidrug resistance (MDR) at low drug doses. 5-Aminolevulinic acid (ALA), a well-known and FDA approved photosensitizer, is a promising prodrug with the strong fluorescence for diagnosis and fast accumulation in the tumor tissue. ALA is produced in mitochondria as a rate-limited step of the heme biosynthesis pathway and converted to protoporphyrin IX (PpIX), which is a photosensitizer. For efficient PDT, exogenous ALA administration is needed to increase the PpIX concentration to therapeutic levels in the tumor cells. In the first chapter of this thesis, ALA-mediated PDT and its combination with 5FU in the treatment of colorectal cancer is (HCT116 cells) described. Colorectal cancer is the 3rd most diagnosed tumor type and difficult to treat. Dose dependence of PDT, irradiation protocol and suitable cytotoxicity assays were first determined in 2D cell cultures and then applied to 3D early and late tumor models that are more realistic models to predict the efficiency of the treatment. Alamar Blue was determined as the more appropriate method to evaluate in vitro toxicity, 100 μM ALA concentration and 10 min irradiation with blue lamp were found as an effective treatment for effective PDT in 2D and 3D. Besides, PpIX accumulation was significantly increased with an increase in the complexity of cell structures from 2D to late 3D cultures. As a result, ALA-mediated PDT causing apoptotic/necrotic death of HCT116 colorectal cancer cells in 3D tumor models was demonstrated. It was also noticed that ALA to PpIX conversion is hindered with the co-existence of 5FU; therefore, the 1/0.15 mol ratio of ALA/5FU was suggested as a promising recipe for combination therapy. Osteosarcoma is aggressive bone cancer, whose treatment has not changed significantly for the past few decades. Although gene therapy has emerged as a potential treatment route, the need for efficient and non-toxic gene delivery systems targeting osteosarcoma cells remains a challenge. High molecular weight poly (ethyleneimine)s (PEIs), are used as universal transfection agents, however, cause significant cytotoxicity. On the other hand, poly (amidoamine)s (PAAs) are biocompatible, biodegradable Polymers with promising transfection efficiency. In the second chapter, in vitro transfection of osteosarcoma cells with PEI-PAA copolymers with (bis)phosphonic acid groups with the potential to target bone is discussed. A set of novel polymers (PAEI) comprised of low molecular weight branched PEI (Mw = 1800 Da) and PAA macromers which were functionalized in different ratios with 5-amino-1-pentanol (AP) and (bis)phosphonic acid groups were studied. The PAEI polymers synthesized by the group of Prof. Duygu Avcı Semiz were tested on an osteosarcoma cell line (U-2 OS cells), which is one of the hardest cell types to transfect, and on muscle cells (C2C12 cells) as the control. The cytotoxicity and transfection efficiency of PAEIs were adjusted by altering the ratios of phosphonic acid (via APA, aminophosphonic acid) or bisphosphonic acid (via ALE, an amino bisphosphonic acid) content. The highest transfection efficiency was obtained with ALE containing PAEIs. The presence of PAA, PEI and ALE seemed to play a synergistic effect in the transfection performance of PAEIs. The most efficient PAEI polymer, containing a 0.7: 0.3 AP: ALE ratio, displayed a transfection efficiency that was 5-times higher than 25 kDa bPEI. This novel set of polymers can be promising candidates for the gene therapy of osteosarcoma.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    794848

    Nanoparticle mediated diagnosis and combination therapy of bacterial infections

    Başlık çevirisi yok

    İREM KOÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    BiyoteknolojiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAVVA YAĞCI ACAR

  2. Tez No

    668023

    ALA-5 aracılı fotodinamik terapinin kolon kanseri hücre hattı üzerindeki etkisinin lazer ve LED ışık kaynaklı sistemler aracılığıyla in vitro olarak incelenmesi

    Investigation of the effect of ALA-5-mediated photodynamic therapy on colon cancer cell line by using laser and LED light source systems in vitro

    BUŞRA SÖNMEZOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyofizikSakarya Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYLA EREN ÖZDEMİR

  3. Tez No

    561249

    Increasing photodynamic therapy efficacy by the natural compound curcumin

    Doğal bileşik zerdeçal ile fotodinamik terapi etkinliğinin artırılması

    FİRAS ŞUEKİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    BiyomühendislikBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. MURAT GÜLSOY

  4. Tez No

    752215

    Fotoduyarlı biyomalzemelerle uygulanan fotodinamik terapi'nin epigenetik mekanizmalara etkisi

    Effect of photodynamic therapy with applied photosensitive biomaterials on epigenetic mechanisms

    MUSTAFA YILDIZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    BiyofizikTrakya Üniversitesi

    Biyofizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TEVFİK GÜLYAŞAR

  5. Tez No

    490025

    Kolon ve mide kanserinde 5-aminolevünelik asit aracılı fotodinamik tanı

    5-aminolenulinic acid mediated photodynamic diagnosis in colon and gastric cancer cell lines

    SİMGE ÜNAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    BiyofizikAdnan Menderes Üniversitesi

    Biyofizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET DİNÇER BİLGİN

Geri Dön