Modeling of nanoparticle - membrane interactions
Nanopartikül – membran etkileşimlerinin modellenmesi̇
- Tez No: 763036
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NAZAR İLERİ ERCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Nanopartiküllerin toksisite davranışını anlamak, sitotoksisiteye neden olmadan hücre içi hedeflere etkili ilaç iletimini sağlamak, uzun vadeli etkilerini ölçmek ve insanlara ve çevreye yönelik riskleri ve tehlikelerini tahmin etmek açısından büyük önem taşımaktadır. Bu bağlamda, mevcut çalışma üç bölümden oluşmaktadır: (i) Saf ve yarı polar fullerenlerin düzenli ve peroksitlenmiş lipid membranlar ile etkileşimlerinin Kaba Taneli (CG) Moleküler Dinamik modellemesi, (ii) Birliktelik Kuralı Madenciliği (ARM) uygulanarak inorganik, organik ve karbon-bazlı nanopartiküllerin sitotoksisite analizi, (iii) Saf ve polistiren (PS) ile fonksiyonelleştirilmiş karbon nanotüplerin atomistik (AA) ve CG düzeyde modellenmesi ve geliştirilen modellerin lipid çift katmanları ile etkileşimleri. İlk bölümde, DOPC ve POPC çift katmanları boyunca saf ve yarı-polar fullerenlerin translokasyonu, fulleren konsantrasyonu ve çift katmanların peroksidasyon seviyesi değiştirilerek araştırılmış ve lipid membran içindeki fullerenlerin dağılımı esas olarak lipid açil zincirlerinin peroksidasyon derecesi ve doygunluk seviyesi ile açıklanmıştır. İkinci bölümde, NP ve hücreden türetilmiş özelliklerin yanı sıra test edilen koşullara dayalı olarak literatürden bilgi çıkarımı yoluyla bir meta-sezgisel model oluşturulmuştur. Hücre canlılığı açısından sitotoksisitenin öncelikle NP'lerin çekirdek ve kaplama malzemesi, sentez yolları ve maruz kaldıkları hücre tipi ile ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Son olarak, CNT'nin uç halkaları ARM ile alternatif ve güvenli bir malzeme olduğu tespit edilen PS ve PSCOOH ile AA ve CG düzeyde modifiye edilmiştir. AA simülasyon sonuçları PSCOOH modifikasyonunun ilaç salınımı açısından avantajlı olduğunu gösterirken daha kapsamlı CG sonuçlar, PS zincir uzunluğunun ve aşılama yoğunluğunun ilaç salınımı açısından tehdit oluşturabilecek PS blokajını önlemek için daha fazla araştırılması gerektiğini ortaya koymuştur. Artan CNT konsantrasyonu kalıcı bir membran hasarına neden olmadan çift tabakaların yapısal ve elastik özelliklerini değiştirirken kolesterollerin transmembran hareketini sınırlandırmıştır. Geliştirilen modellerin zardan geçişi endositik olmayan yollarla gerçekleşmiştir.
Özet (Çeviri)
Understanding the toxicity behavior of NPs is of great importance to ensure efficient drug delivery to intracellular targets without causing cytotoxicity, to measure the long-term effects of nanoparticles (NPs), and to predict risks and hazards to humans and the environment. In this context, the current study involves (i) Coarse-grained (CG) Molecular Dynamics modeling of interactions of pristine and half polar (Janus) fullerenes with regular and peroxidized lipid membranes, (ii) cytotoxicity analysis of inorganic, organic and carbon-based NPs by applying Association Rule Mining (ARM), (iii) Atomistic (AA) and CG modeling of pristine and polystyrene (PS) functionalized CNTs and their interactions with lipid bilayers. In the first part, the translocation of pure and semi-polar fullerenes along the DOPC and POPC bilayers was investigated by varying the fullerene concentration and the peroxidation level of the bilayers, and the distribution of fullerenes in the lipid bilayer was mainly explained by the degree of peroxidation and saturation level of the lipid acyl chains. In the second part, a meta-heuristic model was constructed by extracting information from the literature based on NP and cell-derived properties, as well as the conditions tested. It was determined that cytotoxicity in terms of cell viability was primarily related to the core and coating material of NPs, their synthesis pathways, and the cell type to which they were exposed. Finally, the end rings of CNT were modified at atomistic and CG level with PS and carboxyl-terminated PS (PSCOOH), which were found to be an alternative and safe material through ARM. While AA simulation results showed that PSCOOH modification was advantageous in terms of drug release, more comprehensive CG results revealed that PS chain length and grafting density should be investigated further to prevent PS blockade that may pose a threat to drug release. Increasing CNT concentration changed the structural and elastic properties of the bilayers without causing permanent membrane damage and limited the transmembrane movement of cholesterols. The penetration of the developed models to the lipid membrane occurred by non-endocytic routes.
Benzer Tezler
- Hedefli kanser tedavisine yönelik kil katkılı nanopartikül üretimi ve modellenmesi
Production and modeling of clay additive nanoparticle for targeted cancer treatment
DENİZ KARATAŞ
Doktora
Türkçe
2017
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- Metformin kontrollü salımını yapan nanotransmembran sistemlerinin geliştirmesi ve diabetes mellitus tedavisinde kullanımının incelenmesi
Development of nanotransmembrane systems for controlled release of metformin and study of its use in treatment of diabetes mellitus
ABDOUL NZEYIMANA
- Hidrotermal yöntem kullanılarak sentezlenen nanoparçacıklar ile sulardan ağır metal gideriminin incelenmesi
Investigation of heavy metal removal from water by nanoparticles synthesized using hydrothermal method
SEMA YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAİM SEZGİN
- ZnO, Fe3O4 ve ZnO/Fe3O4 nanopartikülleri immobilize luffa sponge lifleri kullanılarak atık sulardan direkt mavi 15 azo boyar maddelerin giderilmesi; kinetik ve denge modellemesi
Removal of direct blue 15 azo dye from waste water using luffa sponge immobilized with ZnO, Fe3O4 and ZnO/Fe3O4 nanoparticles; modelling kinetic and equilibrium
SEMRA ÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çevre MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRUNNİSA NADAROĞLU
- Çok oksitli metal içerikli polimer malzemelerin hazırlanması ve karakterize edilmesi
Preparation and characterization of multi-oxide metal contained polymer materials
ALİ KEMAL TOPALOĞLU
Doktora
Türkçe
2020
Çevre MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ YILDIRIM