Generating a novel targeted cancer therapy by using a combination of cellulose nanoparticles with cellulase enzyme in the tumor microenvironment
Tümör mikroçevresinde selüloz nanopartikülleri ve selülaz enzimi kombinasyonunu kullanarak yeni bir hedefli kanser tedavisi üretilmesi
- Tez No: 959826
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER FARUK SARIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoloji, Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medeniyet Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Son yıllarda, sürdürülebilir ve biyolojik olarak parçalınabilir biyomalzemelere, ve bu malzemeler sayesinde daha düşük toksisiteye ve insan sağlığı için daha az riske sahip biyomalzemelere olan ilgi artmaktadır. Selüloz bu özellikleri karşılayabilen biyomalzemelere iyi bir örnektir. Bu projede, Doksorubisin kemoterapi ilacı ve selülozun enzimatik parçalanmasını gerçekleştiren ve ilacı serbest bırakan bakteriyel selülaz enzimi ile yüklenen selüloz nanopartiküllerinin bir kombinasyonunu kullanarak hedefli bir tedavi üretildi. Bu süreçte, ilacın salınımının özellikle tümör mikroçevresinde gözlemlenmesi ve bu hedefli tedavide kemoterapi ilacının sağlıklı dokudaki hasar riskini azaltması amaçlanmıştır. Öncelikle selüloz giderimi yapabilen bakteri izolasyonu rumen örneğinden alınarak gerçekleştirilmiştir. Bushnell Haas ve CMC içeren katı besiyerinde büyütülen örneklerden elde edilen bakteri kolonileri Kongo kırmızısı ile boyanmış ve selülaz enzim salınımı incelenmiştir. Ayrıca, DNS enzim akticvitesi testi kullanılarak farklı pH değerlerindeki kısmi olarak izole edilmiş olan selülaz enziminin aktivasyonu incelenmiştir. Selüloz nanoparçacıklarının üretimi ve Dox ilacının entegrasyonu için 3 farklı yöntem ile nanoparçacık üretimi denenmiştir. İlk yöntemde EMIMAc iyonik çözeltisi kullanılmıştır ancak oluşturulan nanoparçacıkların yoğun toksisitesi sebiyle farklı yöntemler araştırılmıştır. Daha sonra NaOH, tiyo üre ve üre kullanılarak birçözücü oluşturulmuş ve nanoparçacıklar yine aşarı ile üretilmiştir. Ancak oluşturulan nanoparçacıklarda tuz çökelmesi ve nötral zeta potansiyel gibi problemler nedeniyle nanoparçacık formülasyonu geliştirilmiştir. Bu amaçla, NaOH formülasyondan çıkarılmış ve negatif yük sağlamak amacıyla CMC kullanılarak nanoparçacık kaplaması yapılmıştır. Üretilmiş olan sselüloz nanoparçacıkları SEM, DLS/ZetaSizer ve FT-IR analizleri ile incelenmiştir. Hücre kültürü denemelerinde uygulanan nanoparçacık yönteminin ilacın etkinliğinde bir farklılığa sebep olmadığını kanıtlamak için uygulanmış olan kimyasallar, ısı ve sonikasyon işlemleri selüloz olmayan koşullarda denenmiş ve canlılıkta bir değişim gözlemlenmemiştir. Ayrıca, 0,1-10 µM aralığında ilaçlı ve ilaçsız nanoparçacıklar LNCaP ve PNT1A hücre hatlarında bakteriyel selülaz enzim aktivitesinin olmadığı koşullarda incelenmiş ve iki farklı grup için de yaklaşık olarak %100'e yakın bir canlılık gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda üretilmiş olan selüloz nanoparçacıklarının Dox ile entegre edilmiş olsa dahi hücrede bir toksisiteye neden olmadığı ve nanoparçacık yapısına entegre edilmiş olan ilacın ise kontrolsüz bir salım gerçekleştirmediği ve etkinliğini kaybetmediği görülmüştür. Süreçte bakterinin doğrudan hücreler üzerinde kullanımı denenmiştir ancak yüksek kontaminasyon canlılık testi sonuçlarını anlmasız olacak şekilde etkilemiştirBu nedenle kısmi olarak izole edilen enzim kullanılmış ancak enzimin yeterli saflıkta olmaması ve enzim aktivasyonu için uygun koşulların sürekli olarak sağlanamamasından dolayı tüm denemelerde tutarlı sonuçlar elde edilememiştir. Kısmi olarak izole edilmiş olan enzim ile yapılan hücre kültürü denemeleri 3 tekrarlı olarak uygulandığı takdirde zamana bağlı olarak enzim aktivitesinde düşüş gözlemlenmiştir. İleriye dönük çalışmalarda daha yüksek safıktaki selülaz enzimi elde edilerek ve enzim aktivitesi daha iyi korunarak selüloz nanoparçacıklarından ilacın salınımının başarılı bir şekilde gerçekleştirilebileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Recently, cellulose has been widely used to produce sustainable and biodegradable products with low toxicity and less risk to human health. Cellulose is a good example that reaches these characteristics. In this project, we attempted to generate a targeted therapy by using a combination of cellulose nanoparticles loaded with Doxorubicin (Dox) chemotherapy drug and bacterial cellulase enzyme, which accomplishes an enzymatic breakdown of cellulose and releases the drug. By the way, the release of the drug was aimed to be carried out specifically at the tumor microenvironment. The main purpose ot this targeted therapy is to reduce the risks of the chemotherapy drug for damage to healthy tissues. The isolation of cellulose-digesting bacteria was conducted with a rumen sample, and samples were inoculated on a selective medium. Bacterial colonies obtained from samples cultured on a solid medium containing Bushnell-Haas (BH) and CMC were stained with Congo red, and cellulase enzyme secretion was examined. In addition, the enzyme activity of the partially isolated cellulase was analyzed with the DNS enzyme activity assay in acidic and basic conditions. To produce cellulose nanoparticles and integrate the drug Dox, three different nanoparticle synthesis methods were tested. In the first method, EMIMAc ionic liquid was used; however, due to the high toxicity and high cost of the resulting nanoparticles, alternative methods were explored. Subsequently, a mixture that contains NaOH, thiourea, and urea was utilized to produce nanoparticles with the dissolution of MCC. Nevertheless, issues such as salt precipitation and neutral zeta potential led to further refinement of the nanoparticle formulation. NaOH was removed from the formulation, and CMC was used as a coating agent to provide a negative surface charge. The finalized nanoparticle method was analyzed using TEM. To confirm that the nanoparticle synthesis process did not affect the drug's efficacy, the chemicals, heat, and sonication steps used in the process were also applied in cellulose-free conditions, and viability did not significantly change. Furthermore, both drug-loaded and unloaded nanoparticles were tested without bacterial cellulase on LNCaP and PNT1A cell lines at concentrations ranging from 0.1 to 10 µM, and nearly 100% cell viability was observed for both samples. These results suggest that the produced cellulose nanoparticles are non-toxic to cells, even if they are loaded with Dox, and the integrated drug retains its therapeutic efficacy without releasing uncontrollably. During the study, direct application of the bacteria to the cells was also attempted, but high contamination levels significantly interfered with viability test results. For this reason, partially isolated enzymes were used instead; however, due to insufficient enzyme purity and not achieving optimal activation conditions, consistent results could not be achieved. When cell culture experiments with partially isolated enzymes were applied in 3 replicates, a decrease in enzyme activity was observed over time. For future studies, it is anticipated that obtaining cellulase enzymes with higher purity and optimal activation conditions will allow the successful drug release from cellulose nanoparticles.
Benzer Tezler
- Multifunctional nanoparticles for radiotherapy enhancement and targeted phototherapies
Radyoterapi geliştirme ve hedefli fototerapiler için çok işlevli nanopartiküller
MİNE DEMİR
- Nanoparticle enabled diagnosis and combination therapy of cancer
Nanoparçacık destekli kanser tanı ve kombine tedavi araştırmaları
EDA ÇELİKBAŞ
- Farklı mof esaslı ilaç taşıyıcı sistemlerin sentezi, karakterizasyonu ve anti kanser etkinliğinin incelenmesi
Synthesis, characterization, and investigation of the anticancer activity of different mof-based drug delivery systems
MAHSA HEIDARNEJAD
- Investigation of genetical material decorated nanoparticles usability as a new generation biochemical strategy in cancer therapy
Yeni nesil biyokimyasal strateji olarak genetik materyal ile dekore edilmiş nanopartiküllerin kanser tedavisinde kullanılabilirliğinin araştırılması
GÖKNUR KARA
- Karbonik anhidraz-IX enzim inhibitör özelliği gösteren yeni aromatik sülfonamit türevlerinin antikanser özelliklerinin incelenmesi
Investigation of anticancer properties of new sulfonamide derivative showed carbonic anhydrase-IX enzyme inhibitor feature
ÖZGÜR YÜKSEKDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Moleküler TıpHarran ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL KOYUNCU
