Probiyotik bakteri kaynaklı ekzopolisakkaritlerin parkinson hücre modelinde etkisinin araştırılması ve ilaç taşıyıcı biyomalzeme eldesi
Investigation of the effect of exopolysaccharides derived from probiotic bacteria on a parkinson's cell model and the development of a drug delivery biomaterial
Yazar: EBRAR BAKKALOĞLU
Danışman: PROF. DR. BELMA ASLIM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Parkinson hastalığı (PH), sık görülen tedavisi olmayan nörodejeneratif bir hastalıktır. Son yıllarda, mevcut ilaçların PH tedavisinde başarısız olmasının sebebi, ilaç taşıyıcı sistemlerin yetersizliğinden kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada, probiyotik bakteriden elde edilen ekzopolisakkarit (EPSB3) ile kaplanmış, ilaç taşıyıcı olabilecek yeni manyetik demir oksit nanopartiküllerin (Fe3O4NP, MNPEPS) sentezlenerek, kan beyin bariyerini (KBB) geçebilen biyouyumlu, nörokoruyucu, antioksidan etkiye sahip ilaç taşıyıcı yeni bir biyomalzeme elde edilmesi amaçlanmıştır. Birlikte çökeltme yöntemi ile manyetik nanopartikül sentezlenerek, EPSB3 ile kaplanmıştır. Nanopartiküllerin karakterizasyonları, TEM analizi, UV-Vis, FTIR spektrumu, zeta potansiyeli ve DLS ölçümleri ile yapılmıştır. Ayrıca, KBB geçiş kapasitesi PAMPA testi ile değerlendirilmiştir. Farklı konsantrasyon ve sürelerde EPSB3, MNP ve MNPEPS uygulama gruplarının biyouyumlulukları ve 6-OHDA ile indüklenmiş in vitro PH hücre modelinde (SH-SY5Y) nörokoruyucu etkileri MTT testi ile belirlenmiştir. Uygulama gruplarının gen ve protein ekspresyon düzeyleri qRT PCR ve Western Blot Hibridizasyon ile analiz edilmiştir. TEM analizinde, MNPEPS'lerde çoğunlukla kübik nanopartikül yapıları görülürken, boyutlar 8-21 nm aralığında değişkenlik göstermiştir. MNPEPS'nin, MNP ve EPSB3'e göre KBB'yi daha iyi düzeyde geçtiği belirlenmiştir. Tüm uygulama gruplarının toksik olmadığı belirlenmiş, EPSB3 ve MNPEPS gruplarının biyouyumluluklarının çok daha iyi olduğu tespit edilmiştir. MNPEPS'lerin MNP'lere göre 6-OHDA uygulaması ile oluşan nöral ölüme karşı hücre canlılığını arttırarak, yüksek oranda (%21) nörokoruyucu etki göstermiştir. Parkinsona indüklenmiş nöritlerde MNPEPS uygulamaları, 6-OHDA ile baskılanan DAT ve TH geninin ekspresyonunda artışa neden olarak, PH'da DAerjik nöronların dejenerasyonunu ve dopamin biyosentezindeki azalmayı tersine çevirdiği belirlenmiştir. MNPEPS'nin, Bcl-2 geninin ekspresyonunu arttırarak, Kaspaz-3, Kaspaz-9, ve Bax genlerin ekspresyonunu baskılayarak, PH'de COX-2 ve iNOS protein seviyelerinde azalma sağlayarak, nöral apoptoz ve nöroinflamasyona karşı durdurucu etki göstermiştir. Bu çalışmada, EPSB3'den yeni geliştirilen MNPEPS'nin biyouyumlu, KBB'yi iyi düzeyde geçebilen, PH'da nörokoruyucu, anti-inflamatuvar ve nöral apoptozu baskılayabilen bir biyomalzeme olabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Parkinson's disease (PD) is a common neurodegenerative disorder with no current cure. In recent years, the failure of existing drugs in PD treatment has been attributed to the inadequacy of drug delivery systems. In this study, it was aimed to synthesize novel magnetic iron oxide nanoparticles (Fe₃O₄NPs, MNPEPS) coated with an exopolysaccharide (EPSB3) derived from probiotic bacteria to develop a biocompatible, neuroprotective, and antioxidant drug carrier capable of crossing the blood–brain barrier (BBB). Magnetic nanoparticles were synthesized by the co-precipitation method and coated with EPSB3. Characterization of the nanoparticles was performed through TEM analysis, UV-Vis spectroscopy, FTIR spectroscopy, zeta potential, and DLS measurements. Additionally, BBB permeability was evaluated by the PAMPA test. The biocompatibility and neuroprotective effects of EPSB3, MNP, and MNPEPS at different concentrations and durations were determined by MTT assay in an in vitro PD cell model (SH-SY5Y) induced with 6-OHDA. Gene and protein expression levels of the treatment groups were analyzed using qRT-PCR and Western Blot Hybridization. TEM analysis showed predominantly cubic nanoparticle structures in MNPEPS, with sizes ranging between 8–21 nm. MNPEPS exhibited better BBB permeability compared to MNP and EPSB3. All treatment groups were found to be non-toxic, with EPSB3 and MNPEPS groups showing significantly higher biocompatibility. MNPEPS significantly increased cell viability by 21% compared to MNPs against 6-OHDA-induced neuronal death. MNPEPS treatments in Parkinson's-induced neurites enhanced the expression of DAT and TH genes suppressed by 6-OHDA, reversing dopaminergic neuron degeneration and the reduction in dopamine biosynthesis observed in PD. MNPEPS increased Bcl-2 gene expression while suppressing Caspase-3, Caspase-9, and Baxgene expression, and reduced COX-2 and iNOS protein levels, thereby demonstrating an inhibitory effect against neural apoptosis and neuroinflammation. This study demonstrated that MNPEPS, newly developed from EPSB3, could be a biocompatible biomaterial capable of efficiently crossing the BBB, with neuroprotective, anti-inflammatory, and anti-apoptotic effects in Parkinson's disease.