Geri Dön

Development of analyte-responsive diagnostic and theranostic 1,2-dioxetane-based chemiluminescent probes for cancer cell imaging

Tanı ve teranostik amaçlı kanser hücresi görüntülemesi yapabilen analit duyarlı 1,2-diokzetan temelli kemilüminesan ajanların geliştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 685902
  2. Yazar: ÇAĞRI ÖZSAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SAFACAN KÖLEMEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 141

Özet

Diokzetan bazlı bu kemilüminesan ajanlarda çığır açan bir dönüm noktası, 1987'de Schaap ve arkadaşları tarafından tetiklenebilir fenoksi 1,2 dioksetan türevlerinin yayınlanmasıyla elde edilmiştir. Kemilünesana dayalı ışık emisyonunun oluşum mekanizmasında, ilk olarak, fenol grubunun korunduğu ve ilgili biyolojik analit ile ayrılabilen substratın (kafes grubu), bu analitle ile oradan ayrılmasıyla fenolat-diokzetan kararsız yapısı oluşur. Bu oluşan ara ürün, kimyasal uyarım ile benzoat ester yapısına parçalanır ve bu uyarılmış yapı ışık emisyonuyla temel hale geri döner. Yani, ışıma herhangi bir ışık uyarımı olmadan, kimyasal olarak gerçekleşmektedir. Bu çığır açan gelişmeye rağmen, Schaap tarafından yayınlanan bu kemilüminesan ajanlar, su ortamında yeterli miktar ışık oranına sahip olmadıklarından dolayı biyolojik ortamlarda görüntüleme uygulamaları sınırlı kalmıştır. Birçok çalışmada bu sinyalin kuvvetlendirilmesi yüzey aktif madde ilavesi ve yapının florofor özelliğe sahip bir grup ile modifikasyonu gibi yöntemlerle dolayı yoldan yapılmıştır. Direkt olarak sinyal artışının sağlanması, fenoksi diokzetan türevi molekülünün kendi ışık emisyonunun arttırılmasından geçmektedir. 2017 yılında, Shabat ve çalışma arkadaşları, yapıya elektron verici bir grup ekleyip konjugasyonun arttırılmasıyla ışık emisyonunda hayli yüksek bir artış elde etmişlerdir. Elektron çekici grup olarak, halkaya, akrilik asit, metil akrilat ve akrilonitril substitüsyonu 3043 kata kadar daha güçlü kemilüminesans sinyal elde etmişlerdir. Bunun üzerine, birçok farklı endojen analitin hücre ve hayvan boyutunda görüntülemesi yapılmıştır. Görüntüleme uygulamalarının yanı sıra, kemilüminesana dayalı sistemler, teranostik sistemlerde de kullanılmaya başlanılmıştır. İlk kez 1998 yılında John Funkhouser tarafından kullanılan teranostik ajan kavramı tek bir sistem ile hem tanı (görüntüleme) hem de terapiyi yapılması anlamına gelmektedir. Bu sistemler, terapiyi ve görüntülemeyi sağlayan birer ajanın parçalanabilir bir yapı vasıtasıyla birbirlerine konjuge edildiği yapılar olmakla birlikte aynı zamanda kanser hücrelerinde ifadelenmesi fazla olan reseptörlere seçici gruplar da içerirler. Yani, bu ajanlar vasıtasıyla tanı ve tedavi eş zamanlı olarak sağlanabildiği için, ilgili terapötik ajanın farmakokinetik özelliklerini iyileştirirken, aynı zamanda kanser hücrelerine seçici olduğu için geleneksel tedavi yöntemlerinin istenmeyen yan etkilerini minimize etmektedir. Bu çalışmada ilk olarak lösin aminopeptidaz (LAP) ile aktifleşen, elektron çekici grup olarak metil akrilat içeren 1,2 diokzetan temelli kemilüminesan ajan sentezlenmiştir (CL-LAP). Sentezlenen bu görüntüleme ajanının seçici olarak LAP enzimine duyarlı olduğu önce solüsyon içerisinde çeşitli konsantrasyonlarda enzim ilave edilerek ispat edilmiş olup, optimum enzim konsantrasyonu 15 ng/mL bulunmuştur. Sonrasında, endojen LAP aktivitesi in vitro görüntülenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında ise, Karboksilesteraz 2 (CES2) enzimi ile aktifleşen, elektron çekici grup olarak akrilonitril içeren 1,2 diokzetan temelli kemilüminesan ajan (CL-CES2) sentezlenmiştir. Sentezlenen bu görüntüleme ajanının seçici olarak CES2 enzimine duyarlı olduğu önce solüsyon içerisinde 55 ng/mL enzim ilave edilerek ispat edilmiş olup, sonrasında endojen CES2 aktivitesi in vitro görüntülenmiştir. Çalışmanın son kısmında ise glutatyon ile aktifleşen ve görüntüleme ajanı olarak 1,2-diokzetan temelli lüminofor; terapötik etkiyi sağlayan kısım olarak klorambusil kemoterapi ajanını ve bu iki kısmı birbirine bağlayan, glutatyon ile kırılabilen disülfit içeren bağlayıcı zincirini içeren teranostik ajan sentezlenmiştir (CL-SS-CBL).

Özet (Çeviri)

A ground-breaking milestone in dioxetane-based chemiluminescent probes was achieved by inventing of triggerable phenoxy 1,2 dioxetane derivatives by Schaap and co-workers in 1987. In the mechanism of chemiluminescence action, initially, a cleavable substrate (also known as a cage group), which is masking the phenol, is released by a biologically relevant analyte such as enzymes, small biomolecules, and unstable phenolate-dioxetane is generated. This intermediate decomposition is utilized through a chemiexcitation process to an excited intermediate benzoate ester, emitting light when the excited intermediate relaxes back to its ground state. Thus, chemiluminescent molecules emit light without external light irradiation. However, Schaap's chemiluminescence probes do not have sufficient emission in an aqueous medium, which is critical for bioimaging applications. The amplification of the chemiluminescent signal was obtained by adding surfactant and conjugation of fluorescent dye in various studies. For the direct enhancement, the intrinsic emissive character of the excited benzoate ester was required to be enhanced. In 2017, Shabat and co-workers obtained this adequate amplification in the chemiluminescent-based signal through the addition of electron-withdrawing (EWG) groups on benzoate esters. They have selected methyl acrylate, acrylonitrile, and acrylic acid as EWG substituents. In the case of luminophore decorated with a methyl acrylate and an ortho chlorine substitution, a 780-fold increase in the emission signal has been obtained. The acrylonitrile substitution on the same core bearing chlorine provided 3043-fold stronger emission than the probe without an EWG unit. Throughout the years, various analyte-responsive chemiluminescent probes have been incorporated for bioimaging. Besides the imaging modalities, the chemiluminescent-based agent has begun to be used in theranostic systems. John Funkhouser introduced the term in 1998 theranostics, and these agents consist of imaging and therapeutic agent with a cleavable linker and targeting group. Thus, these agents facilitate diagnosis and therapy simultaneously to enhance pharmacokinetics and the systematic administration of the therapeutic agents by specifically addressing cancerous cells and decreasing the undesirable outcomes of traditional chemotherapy modalities. In the first part of this thesis work, a leucine aminopeptidase (LAP) activatable chemiluminescent probe (CL-LAP) with ortho chlorine and methyl acrylate substituents has been synthesized. In the cell-free experiments, a chemiluminescence signal with a strong intensity has been detected only in the presence of LAP enzyme (15 ng/mL). After demonstrating selective activation of the probe with LAP, we imaged endogenous LAP activity in cancer cells. Secondly, carboxylesterase 2 (CES2) activatable chemiluminescent probe (CL-CES2) with ortho chlorine and acrylonitrile substituents has been synthesized. In the cell-free experiments, a chemiluminescence signal with strong intensity has been detected only in the presence of CES2 enzyme (55 ng/mL). After demonstrating selective activation of the probe with CES2, we imaged endogenous CES2 activity in cancer cells. In the second part of the thesis, we reported the synthesis of a glutathione (GSH) activatable theranostic probe (CL-SS-CBL), including 1,2 dioxetane-based chemiluminescence reporter and chlorambucil (CBL) chemotherapy drug that are conjugated with a cleavable disulfide bond.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    655350

    Multiplexed cell-based diagnostic devices for the detection of kidney disease pathological markers

    Böbrek hastalıklarının takibinde kullanılabilir çok katmanlı tüm hücre sensörleri ile oluşturulmuş biyoteşhis cihazları

    SILA KÖSE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER

  2. Tez No

    496436

    Tüberküloz teşhisi için kullanılmak üzere mikro ısıtıcı tasarlanması karakterizasyonu ve üretimi

    Microheater design production and characterisation for using in tuberculosis detection

    MUHAMMED BEKİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVENT TRABZON

  3. Tez No

    887649

    Development of microfluidic chip for impedance-based detection of liver cancer biomarkers

    Karaciğer kanseri biyobelirteçlerinin empedans bazlı tespiti için mikroakışkan çip geliştirilmesi

    ARDA DURER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL

  4. Tez No

    726453

    Ağ destekli bireyselleştirilebilir müdahale programı tasarımının özgül öğrenme bozukluğu belirtileri üzerindeki etkisi

    The effects of network-asisted individualizable response program design on symptoms of specific learning disorder

    BARKAN ESKİİLİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Eğitim ve ÖğretimDoğuş Üniversitesi

    Psikoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERHAT YÜKSEL

  5. Tez No

    846709

    COVİD-19 acil servisine başvuran hastaların acil serviste kaldığı süre içindeki maliyeti ve bu maliyete etki eden faktörlerin araştırılması

    Investigation of the cost of COVID-19 patients applying to the emergency department during their stay in the emergency department and the factors affecting this cost

    MURAT ÖZCAN

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Acil TıpSüleyman Demirel Üniversitesi

    Acil Tıp Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖNDER TOMRUK

Geri Dön