Böbrek hastalıkları belirteci olan ürin metabolitlerinin raman spektroskopisi ile hızlı ve eş zamanlı tespiti
Rapid and simultaneous detection of renal diseases-related metabolites in urine BY raman spectroscopy
Yazar: EMİNE FERİDE KAHVECİ
Danışman: PROF. DR. ABDULLAH EKMEKÇİ
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Böbrek hastalıkları = Kidney diseases ; Glükoz = Glucose ; Kreatin = Creatine ; Spektrum analizi-raman = Spectrum analysis-raman ; Üre = Urea ; Ürik asit = Uric acid ; İdrar tahlili = Urinalysis

Özet:
İdrar analizi; diyabet, hipertansiyon gibi çeşitli metabolik hastalıklar, idrar yolu enfeksiyonları, böbrek fonksiyonu ve diğer bazı hastalıklar hakkında bilgi edinmek için yaygın olarak kullanılan yaklaşımlardan bir tanesidir. Raman spektroskopisi, organik ve inorganik moleküllerin parmak izi analizini yapan optik bir teknik olup tek ya da çoklu idrar bileşiklerinin tespitinde kullanılabilir. Bu çalışmanın amacı; idrarda anormal düzeylerde bulunabilen glukoz, üre, kreatinin ve ürik asit değerlerini, alternatif ve hızlı bir metot olan Raman Spektroskopi yöntemiyle eş zamanlı olarak tespit ederek böbrek rahatsızlıklarının erken tanısını sağlayabilmektir. Bunun için öncelikle, belirlenen optimum cihaz parametreleri kullanılarak her metabolite ait Raman referans spektrumları elde edilmiştir. Daha sonra, hazırlanan sentetik idrarda farklı konsantrasyonlarda bulunan dört idrar metabolitinin Raman'da ölçümleri yapılmıştır. Spesifik bantların şiddet ve alanlarından yola çıkarak her bileşen için kalibrasyon eğrileri oluşturulmuştur. Bant intensiteleri kullanılarak üre 2,5 ile 75 mg/ml, kreatinin 2,5 ile 70 mg/ml, glukoz 1,75 ile 70 mg/ml ve ürik asit 0,25 ile 24 mg/ml arasında sırasıyla 0,949; 0,935; 0,958 ve 0,988 R2 değerleri ile tayin edilebilmiştir. Yöntemin tespit sınırı üre, kreatinin, glukoz ve ürik asit için sırasıyla 30 mg/dl, 35 mg/dl, 27 mg/dl ve 14 mg/dl, tayin sınırı ise 89 mg/dl, 106 mg/dl, 81 mg/dl ve 43 mg/dl olarak hesaplanmıştır. Ayrıca dört idrar bileşenini içeren sentetik idrarın, Raman haritalama yöntemi ile ileri analizi gerçekleştirilmiştir. Yöntemin geçerliliği, homojenite ve tekrarlanabilirlik deneyleri ile doğrulanmıştır. Özellikle diyabet ve hipertansiyon hastalarında ileride kronik böbrek hastalığı ve sonrasında böbrek yetmezliği oluşma riski yüksek olduğundan, idrardaki potansiyel biyobelirteçlerin analizi büyük önem taşımaktadır. Çalışmamız, bu metabolitlerin düşük konsantrasyonlarda hassas bir şekilde ve saniyeler içinde eş zamanlı olarak tespit edilebildiğini göstermiştir. Bu çalışmanın, klinik uygulamaya hazırlık için önemli bir basamak olacağına inanılmaktadır. İleride taşınabilir bir Raman tanı cihazı ile hastanelerde böbrek hastalıklarıyla beraber diğer birçok hastalığın daha hızlı, güvenilir ve hassas bir şekilde tanısının yapılabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Urine analysis is one of the commonly used method to get information about the metabolic diseases such as diabetes and hypertension, urinary tract infections, kidney function and some other diseases. Raman Spectroscopy is an optical technique that analyses fingerprint of organic and inorganic molecules and also can be used for detection of single or multiple urine components. The aim of this study, to simultaneously detect glucose, urea, creatinine and uric acid that can be found at the abnormal levels in urine by using an alternative and rapid technique, Raman spectroscopy, so to provide early detection of renal diseases. Therefore, Raman reference spectra for every metabolite were firstly obtained by using optimized device parameters. Next, Raman measurements of four urine metabolites which have different concentrations in prepared synthetic urine were performed. The calibration curves were created for every metabolite via investigating the intensity and also areas of spesific bands. Based on the band intensities, urea which is between 2.5 and 75 mg/ml, creatinine which is between 2.5 and 70 mg/ml, glucose which is between 1.75 and 70 mg/ml and uric acid which is between 0.25 and 24 mg/ml were determined with the R2 values of 0.949, 0.935, 0.958 and 0.988, respectively. Limit of detection of the method for urea, creatinine, glucose and uric acid were respectively calculated as 30 mg/dl, 35 mg/dl, 27 mg/dl and 14 mg/dl, and limit of quantification as 89 mg/dl, 106 mg/dl, 81 mg/dl and 43 mg/dl. In addition, further analysis of synthetic urine including four urine components was performed with Raman mapping. Validation of the method was confirmed with the homogeneity and reproducibility experiments. Analysis of potential urine biomarkers is greatly important particularly in diabetes and hypertension patients, since their risk at improving chronic kidney diseases and followingly renal failure is high. Our study showed that these metabolites at the low concentrations can be detected sensitively and simultaneously within seconds. It is believed that; this study would be a significant step for the preparation of clinical application. In the future, with a portable Raman diagnostic device in hospitals, many other diseases as well as renal diseases could be diagnosed more rapidly, reliably and sensitively.