Terapötik peptid yüklü polimerik nano ilaç formülasyonlarının geliştirilmesi ve moleküler modelleme çalışmaları ile incelenmesi
Development of therapeutic peptide-loaded polymeric nano drug formulations and investigation of their structures with molecular modeling studies
Yazar: BİLGE BIÇAK
Danışman: DOÇ. DR. SERDA KECEL GÜNDÜZ ; DOÇ. DR. YASEMİN KILINÇ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Ab initio = Ab initio ; Infrared spektroskopi =   ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy

Özet:
Peptitler çeşitli hastalıkların tedavisi için büyük umut vadeden moleküllerdir. Kanser türlerinden bulaşıcı hastalıklara kadar terapötik özellikleri ile etkin şekilde kullanılabilen önemli farmasötik bileşiklerdir. Modifiye edilebilir olmaları ve güçlü bağlanma afinitesi gibi önemli avantajlara sahip olan bu yapılar, özellikle nano-ilaç tasarımı çalışmalarında tercih sebebi olmuşlardır. Bu tez çalışmasında kullanılan YKT tripeptinin yapısında bulunan tirozin, lizin, treonin amino asitleri antibakteriyel, antiviral, antikanser, antioksidan gibi özellikler taşımaktadır. Bu tez çalışmasının teorik hesaplama kısmında ilk başta Tyr-Lys-Thr tripeptidinin moleküler modelleme çalışmalarının gerçekleştirilmesi ve daha sonraki aşamada da farklı polimerler kullanılarak nano-ilaç formülasyonlarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Moleküler modelleme çalışmalarında tripeptidin teorik konformasyon analizi kullanılarak en kararlı moleküler geometrisi tespit edilip, optimize edilmiş, tüm temel seviye titreşim modları belirlenmiş, NBO, MEP, hiperpolarizebillite ve HOMO-LUMO analizleri gerçekleştirilmiştir. Tezin deneysel kısmında sentezlenmiş olan YKT yüklü kitosan ve polikaprolakton (PCL) polimerik nanopartiküllerin en uygun sentez ortamları MD hesaplamaları için oluşturularak, tripeptidin kitosan ve polikaprolakton (PCL) polimerlerinin her ikisiyle etkileşimi ve bu ortamlardaki dinamik davranışı modellenmiştir. Ayrıca YKT'nin ilaç olarak kullanılabilme potansiyelinin belirlendiği çeşitli farmokokinetik özellikleri, ADME analizleri ve östrojen reseptörü, progesteron reseptörü, epidermal büyüme faktörü reseptör, androjen reseptörü ve DNA ile olan etkileşimleri de moleküler kenetlenme (doking) programları ile belirlenmiştir. Tezin deneysel kısmında ise; YKT'nin iki farklı polimer ile nanopartikülleri sentezlenmiş, hem spektroskopik hem de taramalı elektron mikroskobu gibi görüntüleme yöntemleri ile karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Zeta potansiyeli, ortalama partikül boyutu, polidispersite indeksi analizleri gerçekleştirilmiş, in vitro salım profili belirlenmiş, enkapsülasyon verimi ve yükleme kapasitesi hesaplamaları yapılmıştır. Bunlara ek olarak, YKT'nin DNA'ya bağlanma ve DNA' yı kesme kabiliyetleri deneysel çalışmalarla da gösterilmiştir. Son olarak, YKT tripeptidi ve iki farklı yüzey yüküne sahip YKT yüklü nanopartikül formülasyonlarının in vitro hücre kültür ortamında, HeLa, MCF-7 ve MAT-LyLu (MLL) hücreleri ile etkileşimi ile bu hücreler üzerindeki sitotoksisitesi değerlendirilmiştir.

Abstract:
Peptides are molecules that show great promise for the treatment of various diseases. They are important pharmaceutical compounds that can be used effectively with their therapeutic properties from cancer types to infectious diseases. These structures, which have important advantages such as being modifiable and strong binding affinity, have been especially preferred in nano-drug design studies. Tyr-Lys-Thr amino acids in the structure of YKT tripeptide used in this thesis have antibacterial, antiviral, anticancer, antioxidant properties. In the theoretical computation part of this thesis, it is aimed to carry out molecular modelling studies of Tyr-Lys-Thr tripeptide first and to develop nano-drug formulations using different polymers in the next stage. In molecular modelling studies, using the theoretical conformation analysis of the tripeptide, the most stable molecular geometry was determined, optimized and all fundamental vibration modes were determined, NBO, MEP, hyperpolarizability and HOMO-LUMO analyses were also performed. In the experimental part of the thesis, the optimal synthesis environments of YKT loaded chitosan and polycaprolactone (PCL) polymeric nanoparticles were created for MD calculations, and the interaction of the tripeptide with both chitosan and polycaprolactone (PCL) polymers and its dynamic behaviour in these environments were modelled. In addition, various pharmacokinetic properties of YKT, in which its potential to be used as a drug was determined by ADME analysis and its interactions with estrogen receptor, progesterone receptor, epidermal growth factor receptor, androgen receptor and DNA were determined by molecular docking programs. In the experimental part of the thesis, YKT loaded nanoparticles were synthesized with two different polymers, and characterization studies were carried out with imaging methods such as scanning electron microscopy and spectroscopic methods. Zeta potential, average particle size, polydispersity index analyses were performed, in vitro release profile was determined, encapsulation efficiency and loading capacity calculations were performed. In addition to these, the ability of YKT to bind to and cleave DNA was also demonstrated by experimental studies. Finally, the interactions of YKT tripeptide and YKT loaded nanoparticle formulations with two different surface charges with HeLa, MCF-7 and MAT-LyLu (MLL) cells in vitro cell culture medium and their cytotoxicity on these cells were evaluated.