Tümör hedefli mangan-demir oksit manyetik nanoparçacık hibrit görüntüleme ajanının potansiyelinin değerlendirilmesi
Evaluation of the potential of tumor-targeted manganese-iron oxidemagnetic nanoparticle hybrid imaging agent
- Tez No: 945302
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA YURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Radyoloji ve Nükleer Tıp, Chemistry, Radiology and Nuclear Medicine
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 160
Özet
Meme kanseri, kadınlarda en sık görülen malignitelerden biri olup, özellikle HER2 pozitif alt tipi agresif biyolojik davranışıyla dikkat çekmektedir. Günümüzde moleküler görüntüleme ve hedefe yönelik tedavi alanında nanoteknolojik yaklaşımlar büyük önem kazanmıştır. Bu tez çalışmasında, HER2+ meme kanserinin tanı ve tedavisinde kullanılmak üzere, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ve pozitron emisyon tomografisi (PET) için uygun, hibrit ve hedeflenebilir bir görüntüleme ajanı geliştirilmiştir. Çekirdek-kabuk yapısında tasarlanan nanoparçacıklar, Fe₃O₄ manyetik çekirdek mezoporlu silika (mSi) kaplanarak hazırlanmış, ardından Mn yüklenmiş ve yüzeyine HER2+'e özgü Trastuzumab (Tra) antikoru konjuge edilmiştir. SEM analizine göre nanoparçacıkların boyutları sırasıyla Fe₃O₄ için 8±2 nm, Fe₃O₄-mSi-NH₂ için 10±1 nm, Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn için 13±1 nm ve Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra için 24±2 nm olarak ölçülmüştür. Trastuzumab'ın nanoparçacıklara bağlanma verimi %58.2±3.8, nanoparçacığın stabilitesi ise 48 saat boyunca fizyolojik koşullarda yapısında bozulma gözlenmiştir. SKBR-3 hücre hattında IC₅₀ değerleri Fe₃O₄ ve Fe₃O₄-mSi-NH₂ için 100 µg, Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn için 6.25 µg ve Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra için 3.12 µg olarak belirlenmiştir. Apoptoz analizleri sonucunda, Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparçacığı MDA-MB-231 hücre hattında %26.74 geç apoptoz, %11.93 erken apoptoz oranı; SKBR-3 hücre hattında ise %36.97 geç apoptoz, %8.60 erken apoptoz oranı ile yüksek apoptotik etki göstermiştir. Trastuzumab'ın tek başına uygulandığı SKBR-3 hücrelerinde bu oranlar sırasıyla %10.55, %9.42 olarak belirlenmiştir. PET görüntüleme kapasitesini test etmek amacıyla nanoparçacıklar, DFO şelatlayıcı aracılığıyla ⁸⁹Zr ile radyoişaretlenmiş ve ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra için %78±2, ⁸⁹Zr-DFO-Tra için ise %98±2 radyoişaretleme verimi elde edilmiştir. LogD₇.₄ lipofiliklik katsayısı 1.7±0,3 olarak belirlenmiş ve nanoparçacıkların hücre membranı geçiş potansiyelinin yüksek olduğu saptanmıştır. MDA-MB-231 hücre hattında, ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparçacıkları ile yapılan tutulum deneyinde en yüksek tutulum %20.22 ile 4. saatte elde edilmiştir. Aynı koşullarda test edilen serbest ⁸⁹Zr-DFO-Tra bileşiği ise 4. saatte %23.03'lük tutulum göstermiştir. (HER2⁺) hücre hattında ise nanoparçacık tutulum oranı 2. saatte %65.25 ile maksimum seviyeye ulaşmıştır. Reseptör doyurma deneylerinde, HER2 ekspresyonu yüksek SKBR-3 hücre hattında Trastuzumab ile ön doyurma sonrası tutulumun %11 azaldığı tespit edilmiştir. Buna karşın HER2-negatif MDA-MB-231 hücrelerinde tutulum oranlarında anlamlı bir değişiklik gözlenmemiştir. Bu veriler, ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparçacıklarının hücrelere bağlanmasının HER2 reseptör ekspresyonuna bağlı, spesifik bir hedefleme mekanizması ile gerçekleştiğini göstermiştir. İn vivo biyodağılım çalışmalarında ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparçacıkları intravenöz olarak sıçanlara uygulanmıştır. Karaciğer ve akciğer gibi retiküloendotelyal sistem (RES) organlarında yüksek alım gözlenmiştir. Karaciğerde 120. dakikada maksimum birikim (ID/g %15.53±7.6) elde edilmiş ve zamanla azalma gözlenmiştir. Ayrıca böbreklerde zamanla artan tutulumla renal atılım doğrulanmıştır. Beyin dokusunda anlamlı bir tutulum izlenmemiştir, bu da kan-beyin bariyerine nanoparçacık geçişinin sınırlı olduğunu göstermiştir. Çift modlu MR görüntüleme sonuçları, manganın dahil edilmesinin T1 ağırlıklı sinyal yoğunluklarının artmasına neden olduğunu, Fe₃O₄ çekirdeğinin ise belirgin bir T2 kontrastı sağladığını göstermiştir. Sentezlenen nanoparçacıkları, yüksek yapısal stabiliteye sahip olup, HER2+ meme kanseri hücrelerinde sitotoksik etki oluşturma, apoptozu indükleme, hem T1 hem de T2 modlarında MR kontrastı sağlama ve 89Zr ile işaretlendiğinde yüksek bağlanma verimi göstererek nükleer görüntüleme gerçekleştirilebilecek yenilikçi bir çözüm sunmaktadır. Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparçacığın kanser teşhisi ve hedefe yönelik tedavide umut vadeden bir PET/MR ajanı olabilme potansiyeli gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Breast cancer has been identified as one of the most prevalent malignancies in women, with the HER2-positive subtype being particularly noteworthy for its aggressive biological behaviour. In recent years, nanotechnological approaches have gained significant importance in the fields of molecular imaging and targeted therapy. In this thesis study, a dual-modal and targetable magnetic nanoparticle system has been developed for both magnetic resonance imaging (MRI) and positron emission tomography (PET), intended for the diagnosis and treatment of HER2+ breast cancer. The core–shell designed nanoparticles were prepared by coating Fe₃O₄ magnetic cores with mesoporous silica (mSi), followed by manganese loading and surface conjugation with HER2-specific Trastuzumab (TRA) antibodies. SEM analysis yielded the following size measurements for the nanoparticles: 8±2 nm for Fe₃O₄, 10±1 nm for Fe₃O₄-mSi-NH₂, 13±1 nm for Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn, and 24±2 nm for Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra. The binding efficiency of trastuzumab to the nanoparticles was found to be 58.2±3.8 and the stability of the nanocomposite was maintained without structural degradation for 48 hours under physiological conditions. The IC₅₀ values in the SKBR-3 cell line were determined as 100 µg for Fe₃O₄ and Fe₃O₄-mSi-NH₂, 6.25 µg for Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn, and 3.12 µg for Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra. Apoptosis analysis revealed that Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra induced a high apoptotic response in MDA-MB-231 cells with 26.74% late apoptosis, 11.93% early apoptosis, in SKBR-3 cells, these values were 36.97% and 8.60% respectively. In comparison, free Trastuzumab applied to SKBR-3 cells resulted in 10.55% late apoptosis and 9.42% early apoptosis. To evaluate the PET imaging capability, nanoparticles were radiolabeled with ⁸⁹Zr via the DFO chelator, yielding radiolabeling efficiencies of 78±2% for ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra and 98±2% for ⁸⁹Zr-DFO-Tra. The logD₇.₄ lipophilicity coefficient was measured as 1.7±0.3, indicating a high membrane permeation potential. In the HER2-negative MDA-MB-231 cell line, time-dependent uptake analysis of ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra showed a maximum uptake of 20.22% at 4 hours, decreasing to 7.27% at 24 hours. Under the same conditions, free ⁸⁹Zr-DFO-Tra achieved 23.03% uptake at 4 hours. In the HER2-positive SKBR-3 cells, nanoparticle uptake peaked at 65.25% at 2 hours, reducing to 47.05% at 24 hours. In receptor saturation experiments, SKBR-3 cells with high HER2 expression showed an 11% decrease in uptake after pre-saturation with TRA. However, no significant difference in uptake was observed in MDA-MB-231 cells. These results demonstrate that ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparticles bind to cells through a receptor-specific mechanism dependent on HER2 expression. In vivo biodistribution studies were conducted using ⁸⁹Zr-DFO-Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparticles administered intravenously to rats, and organ uptake was investigated. High uptake was observed in organs belonging to the reticuloendothelial system (RES), such as the liver and lungs. In the liver, maximum accumulation (ID/g %15.53 ± 7.6) was achieved at 120 minutes, followed by a decrease over time. Furthermore, increasing uptake over time in the kidneys confirmed renal excretion. No significant uptake was observed in brain tissue, indicating limited nanoparticle penetration through the blood-brain barrier. Dual-mode imaging results showed that the inclusion of manganese increased T1-weighted signal intensity, while the Fe₃O₄ core provided a distinct T2 contrast. The synthesized nanoparticles exhibit high structural stability, demonstrate cytotoxic effects on HER2+ breast cancer cells, induce apoptosis, provide MR contrast in both T1 and T2 modes, and show high binding efficiency when labeled with ⁸⁹Zr, offering an innovative solution for nuclear imaging. Fe₃O₄-mSi-NH₂-Mn-Tra nanoparticles have demonstrated potential as a promising PET/MR agent for cancer diagnosis and targeted therapy.
Benzer Tezler
- Tümör hedefli silika nanoparçacıkların bifonksiyonel ajan potansiyelinin incelenmesi
Investigation of bifunctional agent potential of tumor targeted silica nanoparticles
ÖZGE ER
Doktora
Türkçe
2018
Radyoloji ve Nükleer TıpEge ÜniversitesiNükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA YURT ONARAN
- Polimerizasyonla indüklenmiş kendiliğinden birleşme (PISA) yöntemi ile tümör hedefli polimerik misellerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of tumor targeted polymer micelles via polymerization induced self-assembly (PISA) method
ESRA KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyoteknolojiBezm-i Alem Vakıf ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİNNUR TEMEL
- Dosetaksel yüklü polimerik nanoparçacıkların tasarımı, karakterizasyonu, 99mTc ile radyoişaretlenmesi ve in vitro olarak değerlendirilmesi
Design of docetaxel loaded polymeric nanoparticles, characterization, radiolabeled with 99mTc and in vitro evaluation
OĞUZ ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyomühendislikEge ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERAP TEKSÖZ
- Ehrlich solid tümör modelinde bornil asetatın antikanser etkisinin araştırılması
Investigation of the anticancer effect of bornyl acetate in the ehrlich solid tumor model
NİHAL TÜRKMEN ALEMDAR
Doktora
Türkçe
2024
BiyokimyaKaradeniz Teknik ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜKSEL ALİYAZICIOĞLU
- Doksorubisin yüklü poliester nanopartiküllerinin kriyoprotektan varlığında liyofilizasyonları
Lyophilization of doxorubicin loaded polyester nanoparticles in the presence of cryoprotectant
TUĞBA KOLDANKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERAP MERT