Polifenol katkılı ZIF-8 metal organik kafes ilaç taşıyıcı sistemlerin sentezi, karakterizasyonu ve antikanser etkilerinin araştırılması
Investigation of the synthesis, characterization and anti-cancer effects of polyphenol doped ZIF-8 metal organic framework drug delivery systems
Yazar: MÜNTEHA ÖZSOY
Danışman: PROF. DR. GÜLNUR ARABACI
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Antikanser = Anticancer ; Metal organik kafesler = Metal–organic frameworks ; Nanoteknoloji = Nanotechnology

Özet:
Kanser, kontrolsüz hücre bölünmesi ve proliferasyon ile oluşan, genetik ve çevresel faktörlerin neden olduğu kompleks bir hastalıktır. Farklı kanser tiplerinin tedavisi için oldukça standart yaklaşımlar geliştirilmiş olması kanserin kişisel bir hastalık olduğu gerçeğini değiştirmemiştir. Kadınların sağlığını tehdit eden en önemli unsurlardan biri olan meme kanserinin tanı ve tedavisinde gelişme kaydedilmesine karşın, yan etkilerin azaltılması için alternatif yöntemlere halen ihtiyaç duyulmaktadır. Nanoteknoloji ile birlikte gelişen ilaç taşıyıcı sistemler bu ihtiyaca cevap veren iyi birer alternatiftir. Metal organik kafesler (MOF), biyomedikal uygulamalarda büyüleyici olanaklar göstermiştir, MOF'a dayalı çok işlevli bir ilaç taşıyıcı sistem tasarlamak kanser tedavisi için oldukça önemlidir. 
Bu tez çalışmasında zeolitik imidazolat kafes-8 (ZIF-8) esaslı iki ilaç taşıyıcı sistem geliştirilmiştir. Bu sistemlerin ilkinde, merkez olarak sığır serum albümini (BSA) içeren pH duyarlı ZIF-8 nanokompozitine 5-sülfosalisilik asit ve bosvelik asit (BAs) yüklenmiştir. ZIF tabakası, fizyolojik koşullar altında 5-sülfosalisilik asit ve BAs'nin toksik olmayan depolanması için iyi bir kapsül görevi görür. Karakterizasyon sonuçları, nanotaşıyıcı oluşumunun performansını göstermiştir. 5-sülfosalisilik asidin pH'a duyarlı ilaç salımı, ZIF-8'in doğasından gelen pH'a bağlı stabilitesi nedeniyle tespit edildi. 5-sülfosalisilik asit/BSA@ZIF-8 ve 5-sülfosalisilik asit/BSA/BAs@ZIF-8 pH'a duyarlı etkili ilaç taşıyıcı sistemlerdir, burada 5-sülfosalisilik asit fizyolojik pH'ta serbest değildir, ancak asidik pH'ta (5) salınır formu oluşmuştur. 5-sülfosalisilik asit/BSA, 5-sülfosalisilik asit/BSA/BAs ve 5-sülfosalisilik asit/ BSA@ZIF - 8 ile karşılaştırıldığında en iyi biyouyumluluk, 5 - sülfosalisilik asit/ BSA/ BAs@ZIF-8'de bulunmuştur. Ek olarak, 5-sülfosalisilik asit/BSA/BAs@ZIF-8, daha fazla toksisite ile meme kanseri hücre dizisi MCF-7'ye karşı diğer bileşiklerden daha yüksek etkinlik sergilemiştir. 
İkinci ilaç taşıyıcı sistem olarak fenolik bileşik gallik asit ile modifiye edilmiş Fe katkılı ZIF-8 MOF yapısı sentezlenmiştir. Geliştirilen ilaç taşıyıcı sistemin terapötik etkinliğinin glikoz oksidaz enzimi ve altın nanopartikülleri ile arttırılması amaçlanmıştır. Nanotaşıyıcıların başarılı üretimi ve yapısal özellikleri, SEM, TEM, FT-IR, Zeta potansiyeli, XRD ve TGA analizleri gibi farklı karakterizasyon yöntemleri kullanılarak doğrulanmıştır. İlaç yükleme kapasitesi ve kapsülleme etkinliği üzerine yapılan çalışmalar, tasarlanan ZIF-8 tabanlı nano ilaç taşıyıcı yapıların yüksek kapsülleme etkinliğine sahip olduğunu göstermiştir. pH 5 ve pH 7,4'te ZIF-8@GA@Fe@5-FU, ZIF-8@GA@Fe@5-FU@GOx ve ZIF-8@GA@Fe@Au@ 5-FU sistemleri ile yapılan in vitro ilaç salım çalışmalarında pH'a bağlı ilaç salınımları gözlenmiştir. İn vitro sitotoksisite sonuçlarına göre MDA-MB-231 meme kanseri hücre hatları üzerinde apoptoz ve çeşitli morfolojik değişikliklere neden olan en etkili yapı olarak ZIF-8@GA@Fe@5-FU@GOx belirlenmiştir. Ayrıca ZIF-8@GA@Fe@5-FU@Au ile birlikte gallik asit içeren ZIF-8@GA@Fe@5-FU yapısı da lüminesans özellikleri göstermiştir. Her iki çalışma için de elde edilen sonuçlar, geliştirilen ilaç taşıyıcı sistemlerin meme kanseri hücre hatlarında ilaç salım uygulamaları için alternatif ve uygun temsilciler olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Cancer is a complex disease caused by uncontrolled cell division and proliferation and caused by genetic and environmental factors. The fact that very standard approaches have been developed for the treatment of different types of cancer has not changed the fact that cancer is a personal disease. Although progress has been made in the diagnosis and treatment of breast cancer, which is one of the most important factors threatening women's health, alternative methods are still needed to reduce side effects. Drug carrier systems developed with nanotechnology are good alternatives that meet this need. Metal organic framework (MOF) have shown fascinating possibilities in biomedical applications, designing a multifunctional drug delivery system based on MOF is highly important for cancer therapy.
In this thesis, two drug delivery systems based on ZIF-8 were developed. In the first of these systems, 5-sulfosalicylic acid and BAs were loaded onto the BSA-centered ZIF-8 nanostructure. The capsule structure is provided by the ZIF layer for the storage of 5-sulfosalicylic acid and BAs under physiological conditions. The characterization results confirmed the syntheses. The pH dependent dissociation of ZIF-8 is an important parameter for pH sensitive drug release detection of 5-sulfosalicylic acid. 5-sulfosalicylic acid is not free at physiological pH, but is released from 5-sulfosalicylic acid/BSA@ZIF-8 and 5-sulfosalicylic acid/BSA/BAs@ZIF-8 nanostructures at acidic pH (5). The best biocompatibility has been found in 5-sulfosalicylic acid/BSA/BAs@ZIF-8 compared to the other synthesized nanosystems. In addition, 5-sulfosalicylic acid/BSA/BAs@ZIF-8 caused higher cytotoxicity in the MCF-7 cells compared to other nanosystems. As a result, it was concluded that the synthesized ZIF-8-based nanocarrier could provide therapeutic effects on breast cancer cells.
As the second drug delivery system, a modified Fe-doped ZIF-8 MOF structure, which was modified with the phenolic compound gallic acid, was synthesized. It was aimed to increase the therapeutic efficiency of the developed drug delivery system with glucose oxidase enzyme and gold nanoparticles. The successful fabrication and structural properties of nanocarriers were verified using different characterization methods such as SEM, TEM, FT-IR, Zeta potential, XRD and TGA analyses. Studies on drug loading capacity and encapsulation efficiency have shown that the designed ZIF-8-based nano drug carrier structures have high encapsulation efficiency. pH-dependent drug releases were observed in in vitro drug release studies with ZIF-8@GA@Fe@5-FU, ZIF-8@GA@Fe@5-FU@GOx ve ZIF-8@GA@Fe@5-FU@Au systems at pH 5,0 and pH 7,4. According to in vitro cytotoxicity results, ZIF-8@GA@Fe@5-FU@GOx was determined as the most effective structure causing apoptosis and various morphological changes on MDA-MB-231 breast cancer cell lines. In addition, ZIF-8@GA@Fe@5-FU@Au structure containing gallic acid together with ZIF-8@GA@Fe@5-FU also showed luminescence properties. The obtained results show that the developed drug delivery systems are alternative and suitable representatives for drug delivery applications in breast cancer cell lines.