NIR aktif indosiyanin yeşili boyasının manyetik apoferritin nanokafeslerine enkapsülasyonu ile antikanser ajanının hazırlanması
Preparation of an anticancer agent by encapsulation of NIR activated indocyanine green dye within magnetic apoferritin nanocages
Yazar: TUĞBA KILIÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞBA NUR ASLAN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Kimya = Chemistry

Özet:
-Nanoteknoloji, nanomalzemeler olarak adlandırılan çok küçük boyutlu parçacıkların sentezi de dahil olmak üzere, atomik ve moleküler düzeyde alet, malzeme ve cihazları üreten bilimsel bir teknolojidir. Nanoparçacıklar nanoteknolojinin en çarpıcı ürünüdür.  Boyutları 1-100 nm arasındadır. Morfolojik olarak küresel, oval, kübik, prizma, sarmal/sütun, tozlar, süspansiyon veya kolloidler yapıda bulunabilirler. Fizik, kimya, biyoloji, enerji, elektronik, gıda, tarım, kozmetik ve sağlık başta olmak üzere çok geniş bir uygulama alanı vardır. Manyetik nanoparçacıklar (MNP'ler), harici bir manyetik alanın etkisi ile manipüle edilebilen ve genellikle nikel, kobalt, demir ve bunların oksitlerinden oluşan nanoparçacıklardır. Demir atomu, 3 boyutlu orbitallerindeki eşleşmemiş dört elektron nedeniyle güçlü bir manyetik momente sahiptir. Bu nedenle nanoparçacık uygulamalarında sıklıkla tercih edilir. Düşük toksisiteleri, biyokimyasal aktiviteleri artıran yüksek yüzey/hacim oranına sahip olmaları ve yüzey modifikasyonlarına olanak tanıması demir oksit nanoparçacıklarının pek çok alanda kullanımını arttırmıştır. Demirin biyouyumluluğu kanıtlanmış bir malzeme olması sebebiyle demir bazlı nanoparçacıklar araştırmacılar tarafından dikkatle çalışılmaktadır. Nanoparçacıklara biyouyumluluk kazandırmak amaçlı farklı yüzey kaplamaları ve yüzey fonksiyonelleştirilmeleri yapılmaktadır. Tez çalışmasında birlikte çöktürme yöntemi ile demir oksit nanoparçacıklar sentezlenmiş ve UV/Vis Spetrofotometresi, Elektron Mikroskobu (STEM), Fourier-dönüşümlü kızılötesi (FT-IR), İndüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektroskopisi (ICP-MS), X Işını Kırınımı Difraktometresi (XRD) ve Zeta Potansiyeli cihazları ile karakterizasyonlar yapılmıştır. Biyolojik uygulamalarda kullanılacak nanoparçacıkların biyouyumlu, fizyolojik ortamda kararlı ve çok fonksiyonlu ajanlar olması hedef bölgede etkinliğinin arttırılması bakımından önemlidir. Bunun için NIR aktif ICG boyasının reaktif oksijen türleri (ROS) oluşturarak kanserli hücrelere tahribat vermesi ile manyetik demir oksit nanoparçacıklarının antikanser özelliğine sinerjik etki kazandırılması hedeflenmiştir. Ayrıca tez çalışması kapsamında sentezlenen demir oksit nanoparçacıklarla birlikte vücudun tanıdığı ve immün sistemde bir uyarma yaratmayacak doğal bir protein olan apoferritin ile sentezlenen demir oksit nanoparçacıkları ve ICG boyası sarılmıştır. Böylece nanoparçacıkların dolaşım sisteminde optimum sürede kalabilmesini sağlayarak nanoparçacıkların antikanser etkinliğinin artırılması hedeflenmiştir. Bunun yanısıra, apoferritin yüzeyinde halihazırda bulunan fonksiyonel grupları sayesinde yüzey fonsiyonelleştirmesine olanak sağlayarak, yüzeye ya da alt birimler arasına ICG boyasının bağlanmasını kolaylaştıracağı düşünülmektedir. Nanoparçacıkların in vitro değerlendirilmesinde, akciğer kanser; A549 ve fibroblast; L929 hücre hatları kullanılmıştır. Sitotoksisite çalışmaları iki hücre hattında lazer uygulamalı ve lazer uygulamasız olarak yapılmıştır. Sonuçlar, lazer uygulamasının her iki hücre tipinde de hücre canlılığını düşürdüğünü göstermiştir. Demir oksit nanoparçacıklarının antikanser etkisinin, ICG moleküllerinin ışınlama ile aktive edilmesiyle arttığı görülmüştür. L929 hücrelerinde, A549 hücrelerine göre daha düşük de olsa gözlemlenen hücre canlılığındaki düşmenin de tasarlanan manyetik nanoparçacıklarının potansiyel manyetik yönlendirme kapasitesi ile hedefe taşınarak azaltılabileceği düşünülmüştür ve bu sayede sağlıklı hücrelerdeki toksisitenin azaltılabileceği düşünülmektedir.  Nanoparçacıkların hücre içi alım çalışmalarında ise; nanoparçacıkların hücre ile etkileşiminin hücre içine alım ve hücre çeperine bağlanma yoluyla olduğu, hücre ile muamele edilen nanoparçacıkların Prusya mavisi boyaması ile gösterilmiştir.

Abstract:
-Nanotechnology is a scientific technology that produces tools, materials and devices at the atomic and molecular level, including the synthesis of very small size particles called nanomaterials. Nanoparticles are the most striking product of nanotechnology. Their sizes range from 1 to 100 nm. Morphologically, they can be found in spherical, oval, cubic, prism, spiral/column, powder, suspension or colloid structures. It has a wide range of applications, especially in physics, chemistry, biology, energy, electronics, food, agriculture, cosmetics and health. Magnetic nanoparticles (MNPs) are nanoparticles that can be manipulated by the influence of an external magnetic field and are generally composed of nickel, cobalt, iron and their oxides. The iron atom has a strong magnetic moment due to the four unpaired electrons in its 3D orbitals. For this reason, it is frequently preferred in nanoparticle applications. Their low toxicity, high surface/volume ratio that increases biochemical activities, and the possibility of surface modifications have increased the use of iron oxide nanoparticles in many areas. Since iron is a material with proven biocompatibility, iron-based nanoparticles are carefully studied by researchers. Different surface coatings and surface functionalizations are made to provide biocompatibility to nanoparticles. In the thesis study, iron oxide nanoparticles were synthesized by co-precipitation method and characterized using UV/Vis Spectrophotometry, Scanning Electron Microscopy (STEM), Fourier-transform Infrared Spectrometry(FT-IR), Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS), , X-Ray Diffractometer and Zeta Potential devices. It is important that the nanoparticles to be used in biological applications shoul be biocompatible and stable in the physiological environment and multifunction peoperty to increase their effectiveness in the target area. For this purpose, it is aimed to provide a synergistic effect of ICG dye on the anticancer properties of magnetic iron oxide nanoparticles by damaging cancer cells by creating reactive oxygen species (ROS). In addition, iron oxide nanoparticles synthesized within the scope of the thesis study and ICG dye were capped by apoferritin, a natural protein that the body recognizes and will not cause stimulation in the immune system. Thus, it is aimed to increase the anticancer effectiveness of nanoparticles by ensuring that the nanoparticles remain in the circulatory system for an optimum period of time. In addition, it is thought that it will facilitate the binding of ICG dye to the surface or between subunits by allowing surface functionalization thanks to the functional groups already present on the surface of apoferritin. In the in vitro evaluation of nanoparticles, lung cancer; A549 and fibroblast; L929 cell lines were used.Cytotoxicity studies were conducted in two cell lines with and without laser application. The results showed that laser application reduced cell viability in both cell types. It has been observed that the anticancer effect of iron oxide nanoparticles is enhanced by the activation of ICG molecules by irradiation. It is thought that the decrease in cell viability observed in L929 cells, although lower than in A549 cells, can be reduced by transporting the designed magnetic nanoparticles to the target with their potential magnetic guidance capacity, and thus the toxicity in healthy cells will be able to reduced. In intracellular uptake studies of nanoparticles; It has also been shown by Prussian blue staining of the nanoparticle treated cells that the interaction of nanoparticles is through cell uptake and binding to the cell wall.