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 Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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
- Sıcaklığa duyarlı hidrojel matrislere a-kemotripsin immobilizasyonu ve reaktör koşullarının immobilize sistem performansına etkisi
Immobilization of a-chymotrypsin within thermoresponsive hydrogel matrices and the effect of reactor conditions on the performance of immobilized enzyme
METE BAYHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. S. ALİ TUNCEL
- Poliakrilat bazlı hidrojel matrislerin sentezi ve enzim immobilizasyonunda kullanımı
Synthesis of polyacrylate based hydrogel matrices and their use in enzyme immobilization
HÜSEYİN ÇİÇEK
Doktora
Türkçe
1998
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. S. ALİ TUNCEL
- Amiloglikosidaz enziminin sıcaklığa duyarlı NIPAAm/AAm kopolimer matriste tutuklanması ve maltodeksrinden glikoz şurubu üretimi
Entrapment of amyloglucosidase enzyme in a thermo-responsive copolymer matrix and production of glucose syrup from maltodextrin
ŞULE ŞEKER
Doktora
Türkçe
2000
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN TANYOLAÇ
- Preparation of temperature-responsive hydrogels pH-sensitive hydrogels and determination of their swelling properties
Başlık çevirisi yok
BERNA YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
KimyaHacettepe ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KIŞ
DOÇ. DR. BELMA IŞIK YÜRÜKSOY
- Preparation, characterization and drug release behavior of thermo and pH responsive hydrogels and microspheres
Sıcaklık ve pH'a duyarlı hidrojel ve mikrokürelerin hazırlanması, karakterizasyonu ve ilaç salınım davranışı
BETÜL DİNÇER TAŞDELEN
Doktora
İngilizce
2002
KimyaBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU
PROF. DR. BAHATTİN BAYSAL