The morphology and kinetics control of calcium phosphate mineralization using tiny enzymes identified through deep-directed evolution
Kalsiyum fosfat mineralizasyonunun morfolojisi ve kinetiğinin derin yönlendirilmiş evrim yoluyla geliştirilmiş küçük enzimler aracılığıyla kontrolü
- Tez No: 889914
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ TANIL YÜCESOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
Biyomineralizasyon çeşitli organizmalarda inorganik iyonların organik protein molekülleri ile birlikte koordineli bir şekilde çökelmesine ve büyümesine rehberlik eden temel biyolojik olgudur. İnsanlar başta olmak üzere omurgalılarda kemik ve diş omurgasızlarda yumuşakçaların kabukları gibi sert dokularının oluşumu biyomineralizasyonun bir parçasıdır. Biyomineralizasyonun etkili yönetimi, vasküler kalsifikasyon gibi istenmeyen oluşumları önlemek ve kemik ve diş remineralizasyonu gibi faydalı süreçleri teşvik etmektir. Biyomineralizasyonunda yer alan moleküler mekanizmaların ve düzenleyici yolların anlaşılması, tıbbi ve dental araştırmaların, terapötik müdahalelerin ve biyomimetik materyal tasarımının ilerletilmesi için gereklidir. Bu sürecin temeli, belirli özelliklere ve işlevlere sahip mineral malzemelerin oluşumunun morfolojisinin ve kinetiğinin hassas bir şekilde kontrol edilmesini içerir. Bu tez, derin yönlendirmeli evrim yoluyla tanımlanan küçük enzimler kullanarak kalsiyum fosfat mineralizasyonunun morfolojisini ve kinetiğini kontrol etmeyi amaçlamaktadır. Kalsiyum fosfat minerallerinin mineralizasyon kinetiğini ve morfolojisini önemli ölçüde yönlendirerek kontrol eden kısa dizili peptitleri (12 amino asit) fizyolojik bir ortamdan seçmek için bir peptit-faj kütüphanesi kullanılmıştır. Mineralizasyon süreci üzerindeki dinamik etkileri bilinen, pH, sıcaklık ve molarite gibi değişkenlerin mineralizasyon için en uygun koşulları yinelemeli deneylerle ayarlanmıştır. Bu peptitlerin varlığında hidroksiapatit kristallerinin oluşumu yapısal karakterizasyon için kullanılan SEM, XRD ve FTIR analizleri ile kanıtlanmıştır. Kinetik ölçümler, bu peptitlerin fizyolojik koşullar altında kalsiyum fosfat mineralizasyonunu yaklaşık bir kat daha hızlı katalize ettiği kinetik ölçümler ile ortaya koymuştur. Mineral kristalleri üzerinde etkisi doğrulanan bu peptitler diş jelleri, diş macunu formülasyonları ve kemik rejenerasyonu tedavileri gibi klinik ürünlerin geliştirilmesi için potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
Biomineralization is a critical natural process through which organisms produce minerals to harden or stiffen tissues, forming structures such as bones, shells, and teeth. Controlling biomineralization is vital for addressing medical and dental disorders, which significantly impact healthcare costs and quality of life. Effective management of biomineralization can prevent undesirable occurrences, such as vascular calcification, and promote beneficial processes, like bone and dental remineralization. While the chemical mechanisms inducing demineralization are well understood, the ability to rebuild a molecularly integrated mineral layer at a useful rate remains elusive. A fundamental aspect of this process involves the precise control of the morphology and kinetics of mineral formation, which can yield materials with specific properties and functions. This thesis aims to control the morphology and kinetics of calcium phosphate mineralization using tiny enzymes identified through deep-directed evolution. A peptide-phage library was utilized to select short-sequence peptides (12 amino acids) from a physiological environment, significantly impacting the mineralization kinetics and morphology of calcium phosphate minerals. Through iterative experimentation, the optimal conditions for variables such as pH, temperature, and molarity were adjusted, acknowledging their dynamic influence on the mineralization process. Structural characterization using SEM, XRD, and FTIR analyses confirmed the formation of hydroxyapatite in the presence of these peptides. Kinetic measurements revealed that these peptides catalyze calcium phosphate mineralization approximately an order of magnitude faster under physiological conditions. These peptides hold the potential for developing clinical products, such as dental gels, toothpaste formulations, and treatments for bone regeneration.
Benzer Tezler
- Selection, design & applications of solid binding peptides for controlled biomineralization
Kontrollü biyomineralizasyon için katı yüzeylere bağlanan peptitlerin seçimi, tasarımı ve uygulamaları
MUSTAFA GÜNGÖRMÜŞ
Doktora
İngilizce
2012
BiyomühendislikUniversity of WashingtonMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SARIKAYA
- Synthesis and characterization of calcium phosphate cement based macroporous scaffolds
Gözenekli kalsiyum fosfat çimentosu bazlı doku iskelelelerinin sentezi ve karakterizasyonu
ERDEM ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2012
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN ÇİFTÇİOĞLU
- Biyobozunur polimerik materyaller ve/veya bunların kalsiyum fosfat kompozitlerinin üretimi ve sert doku onarımında kullanımı
Production of biodegradable polymeric materials and/or their calcium phosphate composites and their use in hard tissue repair
HALİL MURAT AYDIN
Doktora
Türkçe
2008
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN PİŞKİN
- Nano boyutlu hidroksiapatit kristalizasyonunun polielektrolitlerle kontrolü
Control of nano size haydroxyapatite crystallization by polyelectrolytes
ÖZLEM DOĞAN
Doktora
Türkçe
2005
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MUALLA ÖNER
- Kalsiyum oksalat kristallerinin oluşumunda pH, BSA, üre ve bitkisel ekstraktların etkisi
Effect of pH, BSA, urea and herbal extracts on the formation of calcium oxalate crystals
ENİSE GÖKÇE PARLAK YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM DOĞAN AYDENİZ