Fonksiyonel hale getirilmiş ve protein bağlanmış karbon nano tüplerin biyolojik ortamda araştırılması
Investigation of functionalized and protein loaded carbon nanotubes in biological environment
Yazar: BİRCAN DİNÇ
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET BEKTAŞ
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı / Biyofizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Albüminler = Albumins ; Biyofizik = Biophysics ; Difteri = Diphtheria ; Doksorubisin = Doxorubicin ; Karbon = Carbon ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Nanotüp = Nanotube ; Sığır serum albümin = Bovine serum albumin ; Toksisite = Toxicity

Özet:
Son yılların populer nano parçacıklarından nanotüpler, ilaç veya molekül taşıma, tümör tedavisi, doku mühendisliğinde nano boyutta iskeletler oluşturma ve biyosensörlerde kullanılmaya başlanmıştır. Grafen yapı, tek bir silindirik tüp şeklini almışsa, tek duvarlı, iç içe silindirik tüplerden oluşuyorsa, çok duvarlı karbon nanotüp olarak tanımlanır. Biyouyumluluk testlerinde çok duvarlı karbon nanotüpler, daha olumlu sonuçlar verdiğinden, çalışmamızda çok duvarlı nanotüpler molekül/ilaç bağlanma-salınım mekanizmalarında kullanılmıştır. Nanotüpler farklı  hücre soylarında toksisite testlerine tabi tutulmuştur. Toksisite testleri sırasında, MTT ve XCelligence gerçek zamanlı hücre analiz yöntemi deneyleri, floresan mikroskobu görüntüleri alınmış ve kontrol grupları ile karşılaştırılmıştır. Toprakta yaşayan Ceanorhabditis Elegans'ta kısa ve uzun dönemde toksisite araştırması yapılmıştır. Toksik etki gösteren malzemelerden kaçma eğilimi gösteren nematodların, nanotüplerden kaçmadığı, üzerine yumurtalarını bıraktığı, hatta besi ortamında bulunan nanotüpleri yediği gözlemlenmiştir. Yüksek miktarda nanotüp uygulanan nematodların kalınlaştıkları ve yaşam süresinin değişmediği görülmüştür. Nanotüplerin, taramalı elektron mikroskonu ve yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu, Raman spektroskopisi, Fourier dönüşümü kızılötesi spektrofotometresi, termogravimetrik analiz yöntemleri kullanılarak karakterizasyonu yapılmıştır.  Sonrasında sığır serum albumin, difteri toksini ve doksorubisin  yüklenerek, farklı memeli hücre hatlarında (MDA-MB-231, HT-29, HUVEC ve NIH-3T3) etkileri incelenmiştir. Karbon nanotübe bağlı toksinin, reseptör içermeyen fare kökenli 3T3 hücrelerine taşındığı, western blot ve ADP-ribozillenme deneyleri ile doğrulanmıştır. Karbon nanotüp-difteri toksini kompleksinin endositoz ile hücre içersine alındığı toksinin enzimatik aktivitesi olan A fragmentinin ökaryötik elongasyon faktörü 2'yi NAD varlığında ADP-ribozillediği görülmüştür.

Abstract:
Carbon nanotubes which are the popular nanoparticles of recent years have started to be used in drug or molecule transport, tumor treatment, nano-size skeletons in tissue engineering and in biosensors. The formation of a tubular graphene structure is single-walled carbon nanotube and nested graphene tubes are multi-walled carbon nanotubes. Since multi-walled carbon nanotubes gave more positive results in biocompatibility tests, molecular / drug binding-release mechanisms and biocompatibility of these structures were investigated in our study for multi-walled carbon nanotubes. The nanotubes were tested for toxicity in different cell lines. During toxicity tests, MTT and XCelligence real-time cell analysis assays were performed; fluorescence microscopy images were taken and compared with control groups. Short-term and long-term toxicity have been investigated in Ceanorhabditis Elegans. It has been observed that nematodes, which tend to escape from toxic materials, do not escape from nanotubes, lay their eggs on them, and even eat nanotubes in the medium. It was observed that the nematodes applied with high amount of nanotubes thickened and their survival did not change. Nanotubes were characterized by scanning electron microscope and high resolution transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectrophotometer, thermogravimetric analysis methods. The effects of bovine serum albumin, diphtheria toxin and doxorubicin on different mammalian cell lines (MDA-MB-231, HT-29, HUVEC and NIH-3T3) were investigated. Diphteria toxin loaded carbon nanotubes was transported into receptor-free mouse-derived 3T3 cells, cellular uptake confirmed by western blot and ADP-ribosylation experiments. It was corrected that diphteria toxin were carried into the cell and fragment-A which is enzymatically active part of the toxin was ADP-ribosylated the NAD in the presence of eukaryotic elongation factor 2.