Thermoresponsive polymer integrated metasurface sensor for capture and release of extracellular vesicles in real-time
Hücre dışı veziküllerin gerçek zamanlı olarak yakalanması ve salınması için ısıya cevaplı polimer entegre metayüzey sensör
- Tez No: 931624
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH İNCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Hücre dışı veziküller (EV), protein, lipit ve nükleik asit benzeri biyomolekülleri taşıyarak, salgılandıkları kaynak hücrelerinin fizyolojik durumunu yansıtan ve hücreler arası iletişimde kritik roller üstlenen yapılardır. Hücresel süreçlerin ve hastalık ilerleyişinin anlaşılması için, EV'lerin proteince zengin matrislerden saf bir şekilde izole edilebilmesi büyük önem taşımaktadır. EV izolasyonu için altın standart yöntem ultrasantrifüj olmakla birlikte; pahalı ekipman gerektirmesi, safsızlıklar içerebilmesi ve EV yüzeyinde olası zararlar oluşturabilmesi gibi kısıtlamalara da sahiptir. Bu dezavantajlar, EV'lerin moleküler düzeyde analizlerini, izolasyonunu ve tespitini zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, akıllı bir ısıya duyarlı polimer (PNIPAM) ve anti-CD63 antikorları ile fonksiyonelleştirilmiştir metayüzey plazmonik bir sensör kullanılarak, model sistem olarak belirlenen MCF-7 meme kanseri hücrelerinden türetilen EV'leri yakalamak amaçlanmıştır. Daha sonra, plazmonik metayüzey sensörün bölgesel sıcaklığı, polimerin alt kritik çözünürlük sıcaklığının (LCST) üzerine çıkarılarak EV'lerin izole edilmesi (salınması) sağlanmıştır. Isıya duyarlı polimer, LCST'nin altında hidrofilik özellik gösterirken, sıcaklık LCST'nin üzerine çıkarıldığında hidrofobik hale gelmektedir. Optik plazmonik sensör, nano-periyodik bir yapıya sahip olup, yüzeye belirli bir açıda gelen ışık ile uyarıldığında yüzey plazmonlarını ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenle, metamateryal sensör, EV bağlanma ve salınım olaylarının gerçek zamanlı ve floresan işaretleme gerektirmeyen bir şekilde tespit edilmesini sağlamaktadır. Böylece, EV'lerin kantitatif analizi mümkün hale gelmektedir. Özetle bu çalışmada, polimerin ısıya duyarlı özelliklerinden yararlanarak, antikor etkileşimleri aracılığıyla EV'lerin seçici olarak yakalanmasını ve ardından sıcaklığın artırılması yoluyla salınmasını sağlayan yenilikçi bir metodoloji sunulmuştur. Bu süreç, EV'lerin özgün olmayan moleküler kontaminantlardan arındırılarak, yüksek saflıkta izolasyonunu sağlamaktadır. Önerilen bu yenilikçi yaklaşım, geleneksel ayrıştırma tekniklerinin sınırlamalarından bağımsız olarak EV'lerin ve yüzey belirteçlerinin detaylı incelenmesine yeni bir perspektif kazandırmakta ve karmaşık hücresel süreçlerin yanı sıra hastalıkların incelikli gelişiminin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Extracellular vesicles (EVs) play pivotal tasks in intracellular communication, carrying biomolecules such as proteins, lipids, and nucleic acids that reflect the physiological state of their originating cells. Isolating EVs purely from complex and protein-rich matrixes is crucial for understanding cellular processes and disease progression. The gold standard method for isolating EVs is ultracentrifugation, yet it has severe obstacles in terms of requiring expensive equipment, non-vesicular impurities, and possible damage on the EV surface. Owing to these drawbacks, their further analyses, isolation and detection through their surface markers are challenging. This study aims to integrate a smart thermoresponsive polymer with a metasurface plasmonic sensor, which is further decorated with anti-CD63 antibodies to capture EVs derived from MCF-7 breast cancer cells as a model system. We later isolate (release) these EVs by simply altering the local temperature above the lower critical temperature (LCST) of the polymer. Basically, the thermoresponsive polymer exhibits hydrophilic characteristics below its LCST and becomes hydrophobic when the temperature is increased above the LCST. The optic plasmonic sensor has a well-defined nanoperiodic array, presenting surface plasmons while exciting the surface with a normal angle of incident light. Therefore, the metamaterial sensor denotes real-time and label-free detection of EV binding and release events. This enables the quantitative analysis of EVs. In a nutshell, leveraging the distinctive thermoresponsive characteristics of the polymer, we presented a novel methodology designed to selectively immobilize EVs through antibody interactions and subsequently release them by elevating the temperature. This process enables the isolation of EVs with a high degree of purity, free from non-specific molecular contaminants. Consequently, our pioneering approach opens a promising new way for studying EVs and their surface markers in great detail, unrestricted by the limitations of conventional separation techniques, and contributes to the understanding of complex cellular processes and the subtle development of illnesses.
Benzer Tezler
- Stimuli responsive supramolecular polymers and ida sensors based on host-guest interaction and ion pair recognition ability of calix[4]pyrroles
Kaliks[4]pirollerin ev sahibi-misafir etkileşimi ve iyon çifti tanıma özelliği üzerine oluşturulmuş, uyaranlara duyarlı supramoleküler polimerler ve ıda sensörleri
SANA AMHARAR
- Preparation of polymer coated magnetic nanoparticles for pH and temperature responsive drug delivery
Polimer kaplı manyetik nanoparçacıkların pH ve sıcaklığa duyarlı ilaç salımında kullanımı
CANAN ÇİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA NEŞE KÖK
- Hayvansal hücre/hücresel ürün üretimi için sıcaklık duyarlı mikrotaşıyıcıların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of thermoresponsive microcarriers for the production of animal cells/cellular products
HEDİYE ÖZGEN TİMUÇİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
- Physico-chemical characterization and self-assembly of poly(2-ethyl-2-oxazoline)s in aqueous solutions
Poli(2-etil-2-oksazolin)sulu çözeltilerinin fiziko-kimyasal karakterizasyonu ve polimerin kendiliğinden yapılanması
PINAR TATAR GÜNER
Doktora
İngilizce
2013
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM LEVENT DEMİREL
- Design of intelligent nanoparticles for use in controlled release
Kontrollü salım amacıyla akıllı nanopartiküllerin tasarımı
BANU BAYYURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Bölümü
PROF. DR. VASIF HASIRCI
PROF. EMO CHİELLİNİ