The development of multifunctional nanoplatforms for targeted dual drug delivery
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Medipol Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, BİYOMEDİKAL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ERHAN DEMİREL
Danışman: YÜKSEL DURMAZ Yasemin
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Biyolojik uygulamalarda ilaç ve gen taşıyıcı olarak grafenin (G) kullanımına ilişkin araştırmalar, nanomalzeme olarak üstün özelliklerinin öne çıkması neticesinde katlanarak artmıştır. Öte yandan, birçok araştırma grafen ve türevleri olan grafen oksitin (GO) ve indirgenmiş grafen oksitin (rGO) farklı mekanizmalarla hücreler üzerinde sitotoksik etki gösterdiğini belirlemiş ve biyolojik uygulamalarda kullanımlarıyla ilgili endişeler ortaya çıkarmıştır. Çözüm olarak yüzeyin biyouyumlu polimerlerle modifikasyonu yaygın olarak kullanılmakta olup grafen türevlerinin su ortamındaki zayıf çözünürlüğü veya yüzey kimyasından kaynaklanan dezavantajlarının üstesinden gelmek için poli(etilen glikol) (PEG)'nin kullanımı umut verici bir yaklaşımdır. Bu doktora projesinde, biyomedikal uygulamalar için iki boyutlu grafen tabanlı nanomalzeme kullanımı için bir platform olarak rGO'in potansiyel kullanımı değerlendirilerek deneysel çalışmalara başlanmıştır, bu amaçla farklı PEG uzunluğuna ve polimer bileşimine sahip poli[(poli(etilen glikol) metil eter metakrilat)-ko-( metil metakrilat)-ko-(piren metakrilat)] (P(PEGMA-ko-MMA-ko-PMA), PMP) kopolimerleri ATRP kullanılarak hazırlanmış, GO yüzeyine π-π etkileşimleri ile yapıdaki piren birimleri aracılığıyla tanıtılmıştır. PMP-rGO türevi nanoplatformların fizikokimyasal özelliklerini anlamak için birçok açıdan kimyasal olarak karakterize edilmiş ve en uygun sonucu seçmek için su ortamındaki kararlılıkları ve biyouyumlulukları açısından birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Çalışmanın bu ilk aşamasında PEG'leme yöntemi mükemmelleştirilmiş, üretilen nanomalzemelerin kararlılığı, hemolitik aktivitesi, sitotoksisitesi ve hücreye alımı test edilmiş ve en uygun sonuçlar %71,2 kaplama verimi ile üretilen, 3 piren ünitesi ve kütlece %86 PEG içeren kopolimer kaplı rGO'in kullanımı ile elde edilmiştir. Başarı ile sonuçlanan ilk aşamanın ardından ikinci aşamada kopolimer kompozisyonuna azit uç gurubu taşıyan bir monomer eklenerek kullanımı kolay bir metot olan CuAAC reaksiyonu ile hedefleme ajanları ve çok yönlü polimerler gibi yeni fonksiyonların eklenmesinin önü açılmıştır. Literatüre ilk kez bildirilen, yapısında alkin ve hidrazon bağı bulunduran bir ATRP başlatıcısı kullanılarak katyonik yük taşıyan bir kopolimer sentezlenmiş ve PAMP kopolimeri üzerine aşılanarak poli[(poli(etilen glikol)metil eter metakrilat)-ko-(3-azidopropil metakrilat)-ko-(metil metakrilat)-ko-(1-pirenmetil metakrilat)]-g-poli(heksil metakrilat-ko-2-(dimetilamino)etil metakrilat-ko-N,N,N-trimetilaminoetil metakrilat iyodür) (PAMP-g-CP) yapısı elde edilmiştir. Bu çalışma sırasında kullanılan modüler fonksiyonlandırma tekniklerinden yararlanılarak hedefli, ikili gen ve ilaç taşıma nanoplatformu oluşturulmuş, GO, PAMP-g-CP ile kaplanıp, ardından EPPT1 konjugasyonu, Dox yüklemesi ve siRNA kompleksleşmesi yapılarak EPPT1-PAMP-CP-rGO-Dox-siRNA elde edilmiştir. Nihai nanoplatform ve türevlerinin fizikokimyasal özellikleri kapsamlı bir şekilde karakterize edilip, in vitro ve in vivo uygulamaları ve etkinliği araştırılmıştır. Elde edilen grafen türevi, yüksek oranlarda Dox yüklerken başarılı bir şekilde anti-GAPDH ve anti-Bcl-2 siRNA'ları ile komplekslerini oluşturmuş ve pH değişikliği ile salım kinetiği profili arasında geçiş yaparak kontrollü bir ilaç salımın profili göstermiştir. Ayrıca, PAMP-CP-rGO'in Dox yüklü ve hedefli türevlerinin in vitro sitotoksisite testi sonuçlarına göre, hedeflenmemiş versiyonlara göre konsantrasyona bağlı olarak değişen seçici hücresel toksisite gösterdiği tespit edilmiştir. Nanoplatformların EPPT1 ile kanser hücrelerini hedeflenmesindeki etkinliği, konfokal mikroskobu ve akış sitometrisi analizi kullanılarak hücre içine alım oranları gözlemlenerek test edilmiş ve nanoplatformların kanser hücreleri tarafından yüksek oranda hücre içine alındığı tespit edilmiştir, ayrıca Lyso Tracker® Green DND-26 boyaması ile MCF-7 hücrelerinin asidik bölümlerinde EPPT1-PAMP-CP-rGO-Dox-siRNA varlığı gösterilmiştir. Nihai nanoplatformun, hedeflenen GAPDH ve Bcl-2 protein seviyelerinin yanı sıra Bcl-2 kodlayan mRNA ifadesinde düşüşe neden olduğu tespit edilmiştir. Nanoplatformların anti-kanser etkisi, atimik nude fareler üzerinde bir kanser modeli ile incelenmiş ve yüksek oranda tümör büyümesinin baskılandığı tespit edilmiştir. Bu bulguların ışığında, PAMP-CP-rGO nanoparçacıkları, hidrofobik ilaç moleküllerinin ve genetik materyalin hedeflenen tümör bölgesine taşınmasında yüksek verimlilik göstermekte olup, kanser hücrelerini iki ayrı strateji ile tedavi ediyor olması yenilikçi kanser tedavi yöntemlerine uyarlanabilir bir yaklaşım sağlamıştır.