Kardiyovasküler sistem rahatsızlıklarının teşhis ve tedavisinde kullanılmak üzere yeni nesil nanotaşıyıcıların geliştirilmesi
Development of novel nanocarriers to be used in cardiovascular system disease diagnosis and therapy
Yazar: DAMLA TÜRKAY
Danışman: PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Damar daralma veya tıkanmaları ile ortaya çıkan kardiyovasküler sistem rahatsızlıkları, insanların yaşam kalitesini olumsuz yönde etkileyen ve ölümcül sonuçları olan en önemli rahatsızlıklardan biridir. Bu rahatsızlıkların erken dönemde teşhis edilebilmesi çoğunlukla tedavi etkinliğinin artmasına hatta hastanın hayatının kurtarılmasında etkili olabilmektedir. Kardiyovasküler rahatsızlıkların geç dönemde fark edilmesi; hastanın kalp krizi, beyin kanaması geçirmesi gibi çok ciddi ölümcül olaylarla sonuçlanabilmektedir.Bugün halen daha kullanılmakta olan bir takım teşhis ve tanı sistemleriyle bu hastalıkların olabildiğince zamanında fark edilebilmesi her ne kadar mümkün olsa da; bu sistemlerin uygulanışı sırasında, hastaya enfeksiyon bulaşma riskinin yüksek olması, hastanın uygulanan girişimsel yöntemden rahatsızlık duyması ve de en önemlisi bu sistemlerin, hastalık belli bir düzeye ulaşmadan doğru bulguların elde edilememesi gibi dezavantajları bulunmaktadır.Nanotıp alanında yapılan çalışmaların önemli bir bölümünü, erken teşhise olanak sağlayan, yüksek hassasiyete ve dokuya hedeflenebilir özelliklere sahip nanomateryallerin geliştirilmesi oluşturmaktadır. Bu nedenle, özellikle son yıllarda dikkatleri çeken nanoteknoloji ve nanotıp alanında yapılan çalışmalar sayesinde, birçok sağlık alanında olduğu gibi aterosklerotik koroner damar rahatsızlıklarının erken dönem teşhis ve tedavisinde ilerleme kaydedilmesi, yeni ufukların açılması mümkün olabilecektir.Sunulan tez çalışması kapsamında da belirtilen nanoteknoloji ve nanotıp uygulamalarının bir örneği olarak manyetik özelliklere sahip ve yüzeyleri damar daralma veya tıkanmalarının olduğu bölgeleri tanıma yeteneğine sahip olan biyomoleküller (ligandlar) ile donatılmış olan polimerik nanopartiküllerin hazırlanması ve karakterizasyonu ile bu nanopartiküllerin in vitro - in vivo çalışmalarının yapılması amaçlanmıştır. Bu amaca ulaşmak üzere öncelikle boyları yaklaşık olarak 15-20 nm dolayında olan demir oksit nanopartikülleri hazırlanmıştır. Ayrıca, bu nanopartikülleri bünyesinde bulunduran 150-250 nm aralığında, kendine has özelliklere sahip kitosan (CS), kitosan türevi suda çözünme yeteneğine sahip karboksimetil kitosan (CMCS) ve poliester yapısındaki polihidroksibütirat ile polisakkarit yapısındaki karboksimetil kitosan içeren polihidroksibütirat-karboksimetil kitosan (PHB-CMCS) polimerik nanopartikülleri hazırlanmış ve karakterizasyonları yapılmıştır. Bu malzemeler kullanılarak hazırlanan nanotaşıyıcıların morfolojik özelliklerinin belirlenmesinde taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılmıştır. Partiküllerin boyut analizi içinse Zeta-Sizer cihazı kullanılmıştır. Hazırlanan manyetik özelliğe sahip olan ve olmayan nanopartiküller karakterize edildikten sonra referans ligand olan IgG-1 ile etkileştirilmiştir. Elde edilen % ligand bağlanma verimlilikleri kıyaslandığında, PHB-CMCS polimeri ile hazırlanmış manyetik nanopartiküllerin % ligand bağlanma verimliliğinin fazla olması nedeni ile deneysel çalışmalara bu partiküllerle devam edilmiştir.Daha sonra, Anneksin-5 ve Anneksin-1 ligandları ile etkileştirilen manyetik PHB-CMCS nanopartiküllerin, % ligand bağlanma verimlilikleri hesaplanmıştır. Yapılacak hayvan deneyleri için nanopartiküllerin hücresel anlamda seçicilikleri ve sitotoksisite testleri in vitro olarak gerçekleştirilmiştir. Buradan alınan neticelere göre; daha az toksisite gösteren ve yüksek bağlanma oranına sahip olan Anneksin-5 ve IgG-1 ligandları ile fonksiyonlleştirilmiş PHB-CMCS manyetik partiküllerin hayvan deneylerinde kullanılmasına karar verilmiştir.Tez çalışmasının son basamağında ise, yüzeyleri ligandlar ile fonksiyonelleştirilmiş PHB-CMCS nanopartiküllerin etkinliği in vivo olarak test edilmiştir. Nanopartiküllerin vücut içi aterosklerotik plak etkileşimlerinin araştırılması amacı ile 30 tanesi %1 yağlı diyet ile beslenen, 6 tanesi normal sıçan yemi ile beslenen toplam 36 adet sekiz haftalık Wistar albino ırkı sıçana manyetik nanopartikül enjeksiyonu gerçekleştirilmiştir. Enjeksiyonun yapıldığı 1. gün ve sonrasındaki 3. gün hayvanların aort incelemeleri için MRI görüntüleri alınmış ve bu görüntülerde ligandlarla fonksiyonelleştirilmiş manyetik PHB-CMCS nanopartiküllerin istenilen aterosklerotik bölgede görüntüleri elde edilmiştir.Yapılan bu çalışma, 110S181 Nolu `'Kardiyovasküler Sistem Rahatsızlıklarının Teşhis ve Tedavisinde Nanoteknolojik Yaklaşımlar'' adlı TÜBİTAK Ar-Ge Projesi desteğiyle hazırlanmıştır.

Abstract:
Vascular narrowing or blockages caused by the cardiovascular system disorders, affecting the quality of life of people with deadly consequences, and is one of the most important illnesses. These disorders can be diagnosed early to increase the effectiveness of treatment often can be effective in saving the patient's life even. Late diognases of cardiovascular disorders; may be resulting with patients heart disease, such as bleeding in the brain undergo a very serious fatal incidents.Today, diagnosis and diagnostic systems still in use in a number of these diseases, although it is possible to be realized in time as possible, during the implementation of these systems, have an increased risk of transmission of infection to the patient, the patient's discomfort, and most importantly, the unability in getting reliable informations until the disease comes to a critical level.Nanomedicine includes an important part of the work done in the field of early diagnosis, allowing the development of nanomaterials with high precision and can be targeted to tissues.Therefore, in the last decades remarkable studies in the field of nanotechnology and nanomedicine as well as many health scope of early diagnosis and treatment of atherosclerotic coronary artery disorders, and progress may be possible to open new horizons.Also presented in this thesis mentioned as an example of applications of magnetic nanotechnology and nanomedicine vessel narrowing or obstruction in areas where the features and surfaces that are capable of recognition biomolecules (ligands) equipped with the preparation and characterization of nanoparticles of polymeric nanoparticles in vitro - in vivo studies intended.To achieve this aim, primarily the iron oxide nanoparticles in size around 15-20 nm were prepared. In addition, these nanoparticles which comprise from 150 to 250 nm range, with unique properties of chitosan (CS), chitosan derivative carboxymethyl chitosan (CMCS) which is capable of water solubility and polihidroksibütirat (PHB-CMCS) polymeric nanoparticles were prepared and characterized.In determination of the morphological characteristics of nanocarriers prepared with these materials, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) was used. Zeta-Sizer device is used for the analysis of particle size.After characterization of nanoparticles with and without magnetic functionality, reference ligand IgG-1 is activated. When the resulting % efficiencies of ligand binding compared, the magnetic nanoparticles prepared with PHB-CMCS polymer is more than due to the % efficiency of ligand binding, experimental studies have been continued with these particles.Then, % ligand binding efficiencies of magnetic PHB-CMCS nanoparticles that is activated with Annexin-5 and Annexin-1 ligands is calculated. Selectivity and cytotoxicity of nanoparticles cellular sense to do tests for animal experiments in vitro were performed.According to the obtained outcomes; less toxic, and having high binding ratio Annexin-5 and IgG-1 ligands operationalized PHB-CMCS magnetic particles was decided to use in animal experiments.In the final step of the thesis work, activities of PHB-CMCS nanoparticles whose surfaces operationalized with ligands have been tested as in vivo. With the aim of investigation of atherosclerotic plaque interactions of nanoparticles in body, 30 of them with 1% fat diet fed, 6 of them fed with normal rat chow, totally magnetic nanoparticle injection was applied to 36 eight-week Wistar albino rats.At the injection site after the first day and third day, MRI images of the animals were taken for the aorta examination and magnetic PHB-CMCS nanoparticles functionalized ligands were obtained from images of the desired atherosclerotic region.This work is supported by TÜBİTAK Project, named `?Nanotechnological Approaches in Cardiovascular System Diseases Diagnosis and Therapy?? with the code number 110S181.