Experimental and computational investigation of clustering behavior of cyclodextrin-perfluorocarbon inclusion complexes through molecular dynamics simulations
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Medipol Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, BİYOMEDİKAL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BETÜL KAYMAZ
Danışman: YÜKSEL DURMAZ Yasemin
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yeni bir teknik olan histotripsi, ultrason dalgalarını kullanarak dokularda doğal olarak bulunun gaz baloncuklarının kavitasyonuyla mekanik olarak dokuların parçalanmasına olanak sağlar. Diğer ablasyon yöntemlerinin aksine histotripsi ablasyon sırasında ısı çıkışına neden olmaz ve parçalanan doku sıvılaşarak vücuttan noninvazif olarak atılır. Odaklanılan histotripsy kullanım alanlarından biri olan kanser tedavisinin üçüncü klinik fazda olan insan testleri başarılı bir şekilde devam etmektedir. Sonuçlara göre histotripsi kanser tedavisi için kullanıma uygun, gelecek vadeden bir tekniktir. Tüm olumlu sonuçların yanı sıra histotripsi umut verici bir yöntem olmasına rağmen sınırlayıcı faktörlere sahiptir. Dokuların parçalanması için yüksek eşik basınç değeri gerekliliği, seçici olamayan ablasyon ve çoklu tümor tedavisi için geniş alanları tarama imkanı sağlayamaması bu sınırlayıcı faktörlerdendir. Yüksek basınca maruz kalan dokular sağlıklı olup olmaması fark etmeksizin parçalanırlar. Bu sebeple kanser tedavisi için doku ablasyonu sırasında odaklanmış ultrason ile uygulanan yüksek kavitasyon basıncı tümor dokunun çevresinde bulunan sağlıklı dokuya da zarar verebilir. Bu problemi çözmek için nanoparçacıkların kavitasyon çekirdeği olarak kullanılarak kavitasyon eşik değerini düşürdüğü, nanoparçacık aracılığıyla histotripsi (NMH) olarak adlandırılan metot geliştirilmiştir. NMH, FDA (Food and Drug Administration) onaylı perflorokarbon (PFK) içeren, ultrason uygulandığında vücut içinde gaza dönüşebilen nanoparçacıklar kullanarak düşük basınçta doku parçalanmasını sağlar. Ayrıca bu parçacıklar tümörün sebep olduğu bozuk damar yapısını kullanıp tümor dokuda birikerek nanoparçacıkların lokal yoğunluğunu arttırır. En son geliştirilmiş mekanik doku ablasyon ajanlarından biri olan nanokaplar (NK), siklodekstrin (CD) ve PFK konuk-konak kompleksleri kolay üretim, kararlı yapı ve hesaplanabilir PFK miktarı olanakları sunarak NMH için gelecek vadeden sonuçlar göstermiştir. İlk NK örnekleri βCD (beta siklodekstrin) ve düşük derece metilli βCD (LMβCD) kullanılarak oluşturulmuştur. PFK molekülleri gibi FDA onaylı olan siklodekstrinler barındırdıkları halkasal glikoz birimi sayılarına göre gruplara ayrılırlar, bu çeşitlilik farklı PFK kullanımlarında farklı kompleksleşme davranışları gözlemlenmesine sebep olabilir. Buna ek olarak da siklodekstrin türevlerinin sahip oldukları fonksiyonel gruplar kümelenme ve konuk-konak kompleksi oluşumlarına katkısını aydınlatmak için daha fazla araştırmaya gerek olduğu bilinmektedir. Siklodekstirinler ile perfloropentan (PFP) ve perflorohekzan (PFH) kullanılarak oluşturulan kütüphane, kompleks ve kümelenme oluşturma davranışlarının tespiti ve CD-PFK kümeleri hakkında detaylı bilgi elde edebilmek için ilk olarak deneysel olarak incelemeler yapılmıştır. Sınırlı optik özellikler ve yapılardaki PFK tespitindeki zorlukluklar gibi deneysel sınırlayacı faktörlerden ötürü, NMH ajanı olabilecek en uygun yapıyı bulmak için hesaplamalı inceleme yapılmıştır. Deneysel olarak; gaz kromatografisi kullanılarak verim yüzdesi hesaplanmış, enerji dağılımlı x-ışını floresans spektrometresi kullanarak flor varlığı kontrol edilmiş, ve dinamik ışık saçılım spektrometresi kullanılarak boyut çalışması yapılmış, hesaplamalı olarak; görsel desteğin yanında, kütle merkezleri arasındaki uzaklıklar ölçülerek nanokap oluşturma potansiyelleri kıyaslanmış, elektrostatik ve van der Waals etkileşimlerinin meydana getirdiği enerji değerleri hesaplanmıştır. Sonuçlar yalnızca βCD ve γCD (gamma siklodekstrin) türevlerinin PFK ile konuk-konak kompleksi oluşturduğunu ve deneysel olarak sadece LMβCD, βCD, and γCD çökelti oluşturarak kullanılabilir örnekler elde edilmesine olanak sağlamıştır. Bu üç siklodekstrin türevi arasında βCD en çok kullanılan türev olması ve kullanım öncesi modifikasyona ihtiyacı olamaması sebebiyle NK kümelenmeleri oluşturmak için en iyi aday olarak gözükmektedir. Elde edilen sonuçlarla βCD ve PFK moleküllerinden oluşan nanokapların kararlılık, üretim ve saflaştırma kolaylığı açısından en etkin kombinasyon olduğu ortaya çıkmıştır. PFH, PFP ile kıyasla daha yüksek bir kaynama noktasına sahip olduğu için üretim ve saklama aşamalarında daha kararlı NK kümeleri meydana getirmektedir. Simülasyon sonuçlarında hidroksipropillenmiş βCD (HPβCD) nanokapları gibi daha yüksek enerjiyle daha kararlı yapılar oluşturan durumlar olduğu ispatlanmış olsa da, konak moleküllerinin yüksek çözünürlüğü sebebiyle deneysel olarak çökme gözlemlenmeyen örneklerin genel laboratuvar pratikleri kullanılarak içerdikleri suyun uzaklaştırılması mümkün olmamış, PFK içeriği kaybedilmiştir. Son olarak elde edilen NMH kullanımı için en iyi NK kümesi adayı olan βCD-PFK kombinasyonlarının histotripsi etkinlikleri de test edilmiş, kavitasyon eşik değerini başarıyla düşürdükleri ispatlanmıştır.