Bodipy bazlı yeni lipozomların sentezi ve PDT özelliklerinin araştırılması
Synthesis of bodipy-based novel liposomes and investigation of their PDT properties
Yazar: MUHAMMED EMRE ÖZLER
Danışman: PROF. DR. FAZLI SÖZMEN
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Fotodinamik terapi (Photodynamic therapy, PDT) invaziv olmayan bir terapötik yöntemdir ve tümörlere karşı etkisi sebebiyle genellikle onkolojik alanda kullanılmaktadır. Geleneksel kanser tedavilerinin (cerrahi, kemoterapi, radyoterapi) yüksek toksisite, ilaç direnci gibi çeşitli yan etkilerinden dolayı PDT, fototermal terapi (Photothermal therapy, PTT) gibi kanser tedavi yöntemlerine olan ilgi giderek artmaktadır. PDT tedavisinde ihtiyaç duyulan üç ana bileşen vardır bunlar; bir fotoduyarlaştırıcı (photosensitizer, PS), belirli bir dalga boyundaki ışık ve moleküler oksijendir. BODIPY türevi bileşikler de PDT'de fotoduyarlaştırıcı olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. BODIPY türevi bileşikler sahip oldukları absorbsiyon ve emisyon özelliklerinin yanı sıra birçok farklı pozisyondan fonksiyonlandırılabilme özellikleri nedeniyle, DNA ve proteinler için etiketleme reaktifleri, kemosensörler, lazer boyalar gibi daha birçok alanda kullanılmaktadırlar. Son zamanlarda lipozomal yapıların nanotıp uygulamalarında önemli bir artış gözlenmektedir. Özellikle lipozomlar ilaç taşıyıcı sistemler olarak yaygın bir şekilde araştırılmakta ve bu amaçla biyomedikal ve nanotıp uygulamalarında yeni lipozomal nano yapılar geliştirilmektedir. Bu nano lipozomal yapılar kolloidal kararlılıkları, biouyumlu olmaları, toksik olmamaları ve etkili hedefleme yetenekleri gibi özellikleriyle öne çıkmaktadırlar. Bu tez çalışması kapsamında PDT etkinliği gösteren BODIPY bazlı yeni lipozomal yapıların sentezlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, ilk olarak mezo pozisyonunda alifatik karboksilik asit grubu içeren bir BODIPY türevi bileşik (BOD A2) fotoduyarlaştırıcı olarak sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Daha sonra karboksilik asit fonksiyonel grubu taşıyan BOD A2 bileşiği ile 1-etil-3-3- dimetilaminopropil karbodiimid (EDC), 4-dimetilamino piridin (DMAP) varlığında lizofosfatidilkolinin (Lyso PC-16) hidroksil grubu arasında meydana gelen eşleşme (coupling) reaksiyonu üzerinden bir ester yapısı oluşturularak BOD A2-Lipit konjugatı sentezlenmiştir. Çalışmanın nihai ürünü olan BODIPY bazlı lipozomlar, ince film hidratlama yöntemiyle BODIPY-Lipit konjugatı kullanılarak nano boyutta sentezlenmiştir. Son olarak, yapısında fotoduyarlaştırıcı bir bileşik bulunduran bu lipozomların PDT özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla 9,10-Anthracenediyl- bis(methylene)dimalonic acid (ABDA) tuzak molekülü varlığında sulu ortamda lipozomlar belirli bir süre aralığında, 530 nm dalga boyuna sahip LED ışığa maruz bırakılmış ve tuzak molekülünün absorbansındaki düşüş izlenmiştir. Böylece 530 nm dalga boyundaki LED ışığına maruz kalan lipozomların singlet oksijen üreterek PDT özelliğine sahip oldukları belirlenmiştir. Ayrıca bu tez çalışması kapsamında sentezlenen lipozomların singlet oksijen kuantum verimleri de (Φ) 0,30 olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak fotoduyarlaştırıcı olan bir BODIPY bileşiğinin lipozomal yapılara doğrudan yüklenmesi yoluyla değil, BODIPY bileşiği ile bir lipit bileşiğinin konjuge edilmesiyle elde edilen BODIPY-Lipit konjugatı kullanılarak sentezlenen özgün lipozomal yapılar bu tez çalışması ile ilk defa sentezlenmiş ve PDT etkinliği gösterilmiştir. Ayrıca bu yapıların çok yönlü kullanımlara dair oldukça umut verici özelliklere sahip oldukları düşünülmektedir.

Abstract:
Photodynamic therapy (PDT) is a non-invasive therapeutic method and is generally used in the oncological field due to its effect against tumors. Due to various side effects of traditional cancer treatments (surgery, chemotherapy, radiotherapy), such as high toxicity and drug resistance, interest in cancer treatment methods such as PDT and photothermal therapy (PTT) is increasing. There are three main components needed for PDT treatment: a photosensitizer (PS), light of a specific wavelength, and molecular oxygen. BODIPY derivative compounds are also widely used as photosensitizers in PDT. BODIPY derivative compounds are used in many areas such as labeling reagents for DNA and proteins, chemosensors, laser dyes, etc. due to their absorption and emission properties as well as their ability to be functionalized from many different positions. Recently, a significant increase has been observed in the nanomedicine applications of liposomal structures. Liposomes in particular are being widely investigated as drug delivery systems and new liposomal nanostructures are being developed for this purpose in biomedical and nanomedical applications. These nano liposomal structures stand out with their colloidal stability, biocompatibility, non-toxicity and effective targeting capabilities. In this thesis, it was aimed to synthesize new BODIPY-based liposomal structures that exhibit PDT activity. For this purpose, firstly, a BODIPY derivative compound (BOD A2) containing an aliphatic carboxylic acid group in the meso position was synthesized and characterized as a photosensitizer. Then, an ester structure was formed via the coupling reaction between the BOD A2 compound carrying the carboxylic acid functional group and the hydroxyl group of lysophosphatidylcholine (Lyso PC-16) in the presence of 1-ethyl-3-3-dimethylaminopropyl carbodiimide (EDC), 4-dimethylamino pyridine (DMAP) and the BOD A2-lipid conjugate was synthesized. The final product of the study, BODIPY-based liposomes, was synthesized at nanoscale using BODIPY-Lipid conjugate by thin film hydration method. Finally, the PDT properties of these liposomes containing a photosensitizer compound in their structure were investigated. For this purpose, liposomes in aqueous medium in the presence of 9,10-Anthracenediyl-bis(methylene)dimalonic acid (ABDA) trap molecule were exposed to LED light with a wavelength of 530 nm for a certain period of time and the decrease in absorbance of the trap molecule was monitored. Thus, it was determined that liposomes exposed to LED light with a wavelength of 530 nm had PDT properties by producing singlet oxygen. In addition, the singlet oxygen quantum yield (Φ) of the liposomes synthesized within the scope of this thesis study was calculated as 0.30. As a result, original liposomal structures synthesized using BODIPY-Lipid conjugate obtained by conjugating BODIPY compound with a lipid compound, rather than by directly loading a photosensitizer BODIPY compound onto liposomal structures, were synthesized for the first time in this thesis study and PDT activity was demonstrated. In addition, it is thought that these structures have very promising properties for versatile uses.