Developing a novel recombinant IL-1 receptor antagonist to treat the cytokine storm in Covid-19
Covid-19 hastalığında sitokin fırtınasını tedavi etmek üzere yeni IL-1 reseptör antagonist geliştirilmesi
- Tez No: 731065
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 60
Özet
Covid-19 hastalığının en ölümcül sonuçlarından biri akut solunum sıkıntısı sendromudur (ARDS). SARS-CoV-2 virüsüyle enfeksiyon olunması sonucu aşırı aktifleşen bağışıklık sistemi,“sitokin fırtınası”denilen, interlökinlerin de dahil olduğu yüksek miktarda ani sitokin salımına sebep olur. İnterlökin-1β (IL-1β), inflamatuvar hastalıklarda sitokin fırtınasına sebep olan en önemli sitokinlerin başında gelmektedir. Bu nedenle IL-1β'nın uyardığı yolağı baskılamak umut vadeden bir tedavi yolu olarak görülmektedir. Vücutta üretilen interlökin-1 reseptör antagonisti (IL-1Ra) de IL-1β ile aynı reseptöre bağlanarak bu yolağı inhibe eder. Piyasada anakinra ismiyle satılmakta olan FDA onaylı rekombinan IL-1Ra proteini de, inflamatuvar tepkiyi azaltmak amacıyla, romatizmal eklem iltihabı, tip 2 diyabet ve ailevi Akdeniz ateşi gibi otoinflamatuvar hastalıkların tedavisinde 2001'den beri kullanılmaktadır. Bu nedenle, Covid-19 hastaları üzerinde de klinik çalışmalarda kullanılmış ve sitokin fırtınasını baskılayıcı rolü sayesinde Covid-19 tedavisinde önemli bir potansiyele sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tezin ilk kısmında, iki yeni IL-1Ra rekombinan proteinlerinin in vitro karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu rekombinan proteinler, Dr. Cem Albayrak'ın ve Dr. Serdar Uysal'ın grupları tarafından Türkiye'de satışı olmayan anakinraya yerli alternatif olarak üretilmiştir. Tezin bu kısmında ürünlerin biyoaktivitesi ve hücre canlılığı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Biyoaktivitelerinin belirlenmesi amacıyla, genetik olarak değiştirilmiş HEK-Blue hücreleri kullanılarak proteinlerin, IL-1β uyarımı ile sentezlenen SEAP miktarı üzerindeki etkisi QUANTI-Blue ajanı kullanılarak ölçülmüş ve IC50 değeri hesaplanmıştır. Ayrıca IL-1Ra-His6'nın, IL-1β ile uyarılmış MRC-5 akciğer fibroblast hücre hattının IL-6 üretimini inhibe etmesi ELISA kullanılarak gösterilmiştir. Son olarak, üretilen proteinlerin HEK293T ve MRC-5 hücrelerinin canlılığı üzerindeki etkisi CTG tayin kiti kullanılarak belirlenmiştir. Kitosan, biyouyumluluğu, biyobozunabilirliği, mukoz yapışma özelliği ve bağışıklık sistemini düşük seviyede uyarması açısından en umut vadeden biyomalzemelerden biri olmuştur. Bu özellikleri sayesinde kitosan, yara iyileştirme, doku mühendisliği ve gen/ilaç dağıtımı gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılmak için mükemmel bir aday haline gelmiştir. Kitosanın potansiyeli, nanopartikül bazlı dağıtım sistemlerinde kullanılması ile, özellikle de yüksek miktarda genetik materyal taşıyabilirliği sayesinde daha da artmıştır. Tezin ikinci kısmında, TRAIL hapsedilmiş, PEG bağlanmış kitosan türevi ile sentezlenmiş nanopatiküllerin transfeksiyon ve geçirgenlik arttırma yeterlilikleri araştırılmıştır. Kitosana 5 kDa PEG molekülü bağlanarak fizikokimyasal özellikleri geliştirilmiştir. Ardından tümör nekroz faktörü (TNF) α-aracılı apoptoz-indükleyen ligand (TRAIL) yerleştirilmiş plazmid DNA, PEG bağlanmış kitosan ve TPP çapraz bağlama ajanı kullanılarak sentezlenen nanoparçacıkların içine hapsedilmiştir. Sentezlenen nanoparçacıklar, taramalı elektron mikroskopisi kullanılarak karakterize edilmiştir. Ayrıca TRAIL hapsedilmiş nanoparçacıklar 3 farklı gliyoblastom (GBM) hücre hattı (A172, LN18, T98G) üzerine verilmiş ve transfeksiyon etkinlikleri deneysel olarak akış sitometrisi kullanılarak araştırılmıştır. Nanopartiküllerin geçirgenlik arttırma yeterliliklerini belirlemek amacıyla Calu-3 epitel hücreleri kullanılmış ve transepitel elektriksel direnç değişimi ölçülmüştür.
Özet (Çeviri)
One of the deadliest symptoms of Covid-19 is the development of acute respiratory distress syndrome (ARDS) in the patients. The hyperactivation of immune system due to SARS-CoV-2 infection results in the sudden release of numerous cytokines including interleukins which is called cytokine storm. Interleukin-1β (IL-1β) is known as one of the most important cytokines playing a role in the emergence of this phenomenon in inflammatory diseases. Therefore, blocking the pathway induced by IL-1β has been considered a promising treatment approach in the presence of cytokine storm. Endogenous interleukin-1 receptor antagonist (IL-1Ra) binds to the same receptor as IL-1β and inhibits the pathway. The commercially available recombinant version of IL-1Ra, anakinra, has already been used in the treatment of autoinflammatory diseases such as rheumatoid arthritis (RA), type II diabetes, and familial Mediterranean fever (FMF) since 2001 in order to alleviate the inflammatory response. Therefore, it has been used on Covid-19 patients in clinical trials and shown to be a potential medication due to its role in the attenuation of the cytokine storm. In the first part of this thesis, in vitro characterization of two novel recombinant IL-1Ra proteins was performed. The recombinant proteins were produced by Dr. Cem Albayrak's and Dr. Serdar Uysal's group as local alternatives to anakinra, which is not commercially available in Turkey. In this part of the thesis, the bioactivity of the recombinant proteins and their effects on cell viability were investigated. In order to assess the bioactivity of the proteins, genetically modified HEK-Blue cells were used to determine the impact of the proteins in IL-1β-induced SEAP production using QUANTI-Blue agent to measure, and IC50 value was calculated. Also, the ability of IL-1Ra-His6 protein to inhibit IL-1β-induced IL-6 production in MRC-5 lung fibroblasts was evaluated via ELISA. Finally, the viability of HEK293T and MRC-5 cells were inquired using CTG assay. Chitosan is one of the most promising biomaterials due to its unique properties such as biocompatibility, biodegradability, mucoadhesivity, and low immunogenicity. These properties make chitosan an excellent candidate for various biomedical applications such as wound healing, tissue engineering, and gene/drug delivery. Using chitosan in nanoparticle-based delivery systems increases its potential even further, primarily enabling the delivery of a high amount of genetic material. In the second part of the thesis, transfection and permeation enhancing capabilities of TRAIL encapsulated PEGylated chitosan nanoparticles were investigated. 5 kDa PEG was used to PEGylate chitosan to improve its physicochemical properties. Nanoparticles were synthesized using a crosslinking agent (TPP) and PEGylated chitosan derivative. In order to encapsulate tumor necrosis factor (TNF) α-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) inserted plasmid DNA was added in the process of crosslinking. Synthesized nanoparticles were characterized using scanning electron microscopy (SEM). Also, TRAIL encapsulated nanoparticles were incubated with 3 different glioblastoma (GBM) cell lines (A172, LN18, T98G), and transfection efficiencies of nanoparticles were experimentally investigated using flow cytometry. For the assessment of permeation enhancing capability of nanoparticles, Calu-3 cells were used, and the change in the transepithelial electrical resistance (TEER) was measured.
Benzer Tezler
- Development and structural determination of antiangiogenic recombinant antibody structures for cancer treatment
Kanser tedavisine yönelik antianjiogenik rekombinant antikor yapılarının geliştirilmesi ve yapısal tayini
MELİS DENİZCİ ÖNCÜ
Doktora
İngilizce
2022
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GİZEM DİNLER DOĞANAY
DR. AYLİN ÖZDEMİR BAHADIR
- Bio-immunoinformatik yaklaşımlarla in silico olarak leishmaniasis'e karşı çok peptitli aġı adayının tasarlanması ve immun simülasyon yöntemiyle etkinliğinin değerlendirilmesi
In silico design of multi-peptide vaccine candidate against leishmaniasis using BİO-immunoinformatic approaches and investigation of its effect by immune simulation methods
ARZUV CHARYYEVA
Doktora
Türkçe
2022
ParazitolojiErciyes ÜniversitesiParazitoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Alparslan YILDIRIM
- Design of inorganic peptide bonded fusion biomolecules for tracking disease related proteins
Hastalıkla ilişkili proteinlerin izlenmesinde anorganik peptit bağlarla füzyon biyomoleküllerin tasarımı
BERTAN KORAY BALCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2014
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
DOÇ. DR. BERRİN ERDAĞ
- Recombinant production of GLP-1 analogue using escherichia coli host organism
Escherichia coli konak organizmada GLP-1 analoğunun rekombinant üretimi
BURAK ÇALIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyomühendislikAbdullah Gül ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZKAN FİDAN
- Kobra sitotoksinlerine karşı geniş espektrumlu nötralize edici rekombinant insan monoklonal antikorların keşfi
Discovery of broadly neutralizing recombinant human monoclonal antibodies against cobra cytotoxins
SHIRIN AHMADI
Doktora
İngilizce
2020
BiyoteknolojiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiBiyoteknoloji ve Biyogüvenlik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİGEN ÇALIŞKAN
DOÇ. DR. ANDREAS HOUGAARD LAUSTEN