İlaç-DNA etkileşimlerinin tayinine yönelik elektrokimyasal nanobiyosensörlerin tasarımı ve uygulamaları
Electrochemical DNA nanobiosensor for the detection of anticancer drugs and DNA interactions
Yazar: SUZAN YANIK
Danışman: PROF. DR. SELEHATTİN YILMAZ ; DOÇ. DR. DİLŞAT ARIKSOYSAL
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Analitik kimya = Analytical chemistry ; Biyosensörler = Biosensors ; Diferensiyel puls voltametrisi = Differential pulse voltammetry ; Dönüşümlü voltametri = Cyclic voltammetry

Özet:
Günümüzde biyosensörlerin tasarımı analitik kimyanın en önemli alanlarından biridir ve madde-DNA etkileşimi ile ilgili uygulamaları incelemek için geliştirilen DNA tabanlı biyo (nano) sensörlere ilgi son yirmi yıldır artmaktadır. Terapötik amaçlar için olsa bile, DNA yapısındaki değişiklik insan sağlığı üzerinde ciddi etkilere neden olabilmektedir. Bu çalışmada, 1970'lerin başlarından beri kanser tedavisinde kullanılmakta olan antikanser ilacı Tamoksifen (TAM)'in tek kullanımlık kalem grafit elektrot hemde karbon ve çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) perde baskılı karbon elektrotlarla kullanılarak dsDNA, ssDNA ve sentetik oligonükleotid dizileriyle ile olan etkileşim yolları incelenmiştir. Bu amaçla TAM ve guanin oksidasyon sinyalleri etkileşim öncesi ve etkileşim sonrasında diferansiyel puls voltametrisi (DPV) sinyalleri akım farklanmaları değerlendirilmiştir. Uygulanan voltametrik yöntemin doğruluğunu ve kesinliğini kontrol etmek için TAM'in ilaç tabletinden geri kazanım çalışmalarıda ayrıca gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada ilk kez kalem grafit elektrot (PGE), perde baskılı karbon elektrotlar (SPE'ler) kullanılarak, meme kanseri (BRCA1) geni ile ilgili spesifik DNA dizilerinin, bu hastalığın tedavisinde kullanılan antikanser ilaç TAM ile olan etkileşiminin araştırılmasına yönelik  elektrokimyasal nanobiyosensör  oluşturulmuştur. TAM ve DNA arasındaki biyomoleküler etkileşim, sadece guanin sinyaline değil, aynı zamanda TAM oksidasyon cevabına dayanarak DPV ile araştırılmıştır. TAM'ın tek sarmal (ss)-DNA (veya prob DNA) ve çift sarmal (ds)-DNA (veya hibrit DNA) üzerindeki etkisi, çift sarmal ve tek sarmal yapıya bağlı olarak farklılıklar göstermiştir. TAM'ın ds-DNA ile ss-DNA'dan daha güçlü etkileşime girdiği bulunmuştur. Benzer şekilde Prob DNA'dan veya hibrit DNA'dan elde edilen yaklaşık + 1.00V'deki guanin sinyalinin, TAM ile etkileşimden sonra önemli bir artış gösterdiği belirlenmiştir. Ek olarak, TAM'ın guanin bazları ile etkileştiği ve guanin oksidasyon alanına yakın olan TAM sinyalinin DNA ile etkileşimin ardından da arttığı bulunmuştur. Gözlenebilme limiti (LOD) ve tayin limiti (LOQ), DPV için sırasıyla 3.19x10-7 M ve 1.06x10-6 M olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, hazırlanan biyosensör DNA hibridizasyonu ve TAM-DNA etkileşiminin hassas bir şekilde analizi için uygun bir platform sunmaktadır.

Abstract:
Today, the design of biosensors is one of the most important areas of analytical chemistry, and interest in DNA-based bio (nano) sensors developed to study applications related to substance-DNA interaction has been increasing for the past two decades. Even for therapeutic purposes, the change in DNA structure can have serious effects on human health. In this study, the anticancer drug Tamoxifen (TAM), which has been used in the treatment of cancer since the early 1970s, is used with both disposable pencil graphite electrodes, screen printed carbon electrodes and multi-walled carbon nanotube (MWCNT) screen printed electrodes in order to examine the ways of interaction with dsDNA, ssDNA and synthetic oligonucleotide sequences. In order to check the authenticity and accuracy of the applied voltammetric method, TAM's recovery from the drug tablet was also carried out. In this study, for the first time, an electrochemical nanobiosensor was developed for  investigating the interaction of specific DNA sequences related to the breast cancer (BRCA 1) gene with the anticancer drug TAM which was used in the treatment of this disease by using the pencil graphite electrode (PGE), screen printed carbon electrodes (SPEs). The biomolecular interaction between TAM and DNA was investigated by DPV based on not only the guanine signal but also the TAM oxidation response. The effect of TAM on single stranded (ss)-DNA (or probe DNA) and double stranded (ds)-DNA (or hybrid DNA) varied depending on the double stranded and single stranded structure. TAM has been found to interact with dsDNA more strongly than ssDNA. Similarly, it was determined that the guanine signal at about + 1.00V from probe DNA or hybrid DNA showed a significant increase after interaction with TAM. In addition, it was found that TAM interacts with guanine bases and the TAM signal, which is close to the guanine oxidation site, increases after interaction with DNA. The Limit of Detection (LOD) and Limit of Quantification (LOQ) were determined as 3.19x10-7 M and 1.06x10-6 M for DPV, respectively. As a result, the prepared biosensor provides a suitable platform for DNA hybridization and precise analysis of TAM-DNA interaction.