Cephalaria bitki ekstrelerinden farklı metal nanopartiküllerin biyosentezlenmesi ve biyofarmasötik kullanım potansiyelinin araştırılması
Research on the biosynthesis of metallic nanoparticles using Cephalaria plant extracts and their biopharmaceutical applications
Yazar: MOHAMED CHANFIO MKOUBOIU
Danışman: PROF. DR. MURAT ELİBOL ; DOÇ. DR. NAZLI BÖKE SARIKAHYA
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Bitki özütü = Plant extract ; Caprifoliaceae = Caprifoliaceae ; Flavonoidler = Flavonoids ; Glikozitler = Glycosides ; Gümüş nanopartiküller = Silver nanoparticles ; Saponinler = Saponins ; İridoitler = Iridoids

Özet:
Çağımızın büyük sağlık problemlerinden olan kanserin tedavisinde önemli bir potansiyel oluşturan nanomalzemelerin çevre dostu biyolojik yöntemler ile üretimi güncel çalışmaların önemli başlıklarından biri haline gelmiştir. Bu nedenle, bu tez çalışmasında  Türkiye'deki endemik Cephalaria tchihatchewii bitkisinin su, metanol ve butanol gibi farklı çözücüler ile ekstrelerinin hazırlanması, saf maddelerin bu ekstrelerden izole edilmesi ve literatürde bulunmayan yeşil nanopartiküllerinin sentezlenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, bitki ekstreleri üzerinde TLC, VLC, MPLC ve CC gibi çeşitli kromatografik yöntemler kullanılarak ikisi yeni toplam 15 doğal bileşik izole edilip, saflaştırılmış ve yapıları belirlenmiştir. Çalışmada elde edilen yeni saponinler tchihatchevosit A ve B isimleriyle literatüre kazandırılmıştır. Elde edilen doğal bileşiklerin yapıları 1 ve 2 boyutlu NMR, HRESIMS gibi ileri spektroskopik yöntemler kullanılarak karakterize edilmiştir. Nanopartikül sentezlemek amacıyla ise fitobiyolojik yöntem (çökeltme) ile, belirtilen dört ekstre ve izole edilen doğal bileşiklerden seçilen bir saponin, bir iridoid, bir metil glikosit ve bir flavonoid bileşiğin, gümüş ve çinko metalik çözeltileri ile reaksiyonu sonucu farklı nanopartiküller üretilmiştir. Üretilen 16 farklı nanopartikül, UV-Vis spektofotometre, Dinamik Işık Saçımlı (DLS), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve FTIR yöntemleri ile karakterize edilmiş ve boyutlarının 50 – 297 nm aralığında olduğu belirlenmiştir. İzole edilen iki yeni saponin ve sentezlenen nanopartiküllerin sitotoksik aktiviteleri, akciğer (A549), meme (MDA-MB-231), prostat (PC3) kanser hücre hatları ve sağlıklı akciğer hücre hattında (CCD-34Lu), doksorubisin pozitif kontrolüne karşı, MTT yöntemiyle test ederek özellikle prostat (PC3) ve meme (MDA-MB-231) kanser hücrelerine karşı bileşik-gümüş nanopartiküller belirgin aktivitesini göstermişlerdir. Ayrıca antioksidan ve anti-enflamatuvar aktivite potansiyelleri, sırasıyla DPPH ve protein denatürasyonun inhibisyonu yöntemleri uygulanarak ortaya konmuştur. Su-çinko, su-gümüş, metanol-çinko, metanol-gümüş ve saponin-çinko nanopartikülleri orta derecede sitotoksik aktivite gösterirken, saf maddelerin gümüş nanopartiküllerinde çok yüksek bir sitotoksisite görülmüştür. İki yeni saponin tchihatchevosit A-B bileşikleri önemli bir sitotoksik aktivite göstermezken, immunomodülatör aktivitelerinde, her iki yeni bileşiğin de IL-1β sitokin salınımını uyararak, doğuştan gelen bağışıklık tepkisini uyarabilecekleri görülmüştür. Bu nedenlerle, mevcut çalışma, yeni antikanser ve immünomodülatör nano ajan arayışında Cephalaria tchihatchewii bitkisinin potansiyelini gösterilmektedir.

Abstract:
The eco-friendly biological methods of nanomaterial production, which constitute an important potential in the treatment of cancer, one of the major health problems of our age, became a target of current scientific studies. Therefore, in our thesis, it was aimed to prepare extracts with different solvents such as water, methanol and butanol of Cephalaria tchihatchewii which is an endemic plant of Turkey and isolate pure substances from these extracts and synthesize green nanoparticles of all of them that are not found in the literature. For this purpose, using various chromatographic methods such as TLC, VLC, MPLC and CC on plant extracts, a total of 15 natural compounds, 2 of which are new, were isolated, purified and their structures were determined. The new saponins were gained to the literature with the names tchihatchewosides A and B. The structures of the isolated natural compounds were characterized by advanced spectroscopic methods such as 1 and 2 dimensional NMR, HRESIMS. In order to synthesize nanoparticles, different nanoparticles were produced by the phytobiological method (co- precipitation) as a result of the reaction between four extracts, selected isolated natural compounds including a saponin, an iridoid, a methyl glycoside, a flavonoid compound from the extracts and silver, zinc metallic solutions. The produced 16 different nanoparticles were found in the nanoscale range (50 – 297 nm), and characterized by UV-Vis spectrophotometer, Dynamic Light Scattering (DLS), Scanning Electron Microscope (SEM) and FTIR methods. Cytotoxic activities of two new isolated saponins and produced nanoparticles were evaluated against human lung cancer (A549), breast cancer (MDA-MB-231), prostate cancer (PC3) and healthy lung cell lines (CCD-34Lu) by using the MTT method with doxorubicin as a positive control, most of the compounds-silver nanoparticles showed important activities against prostate (PC3), and Breast (MDA-MB-231) cancer cell lines. In addition, antioxidant and anti-inflammatory activity potentials were revealed by DPPH and protein denaturation inhibition methods, respectively. While water-zinc, water-silver, methanol-zinc, methanol-silver and saponin-zinc nanoparticles showed moderate cytotoxic activity, a very high cytotoxicity was observed in silver nanoparticles of pure compounds. The tchihatchewosides A-B did not show any significant cytotoxic activity, whereas their immunomodulatory activities, both new compounds could stimulate the innate immune response by stimulating the IL-1β cytokine release. For these reasons, the current study proves the potential of Cephalaria tchihatchewii plant in the search for new anticancer and immunomodulatory nano-agents.