Meme kanserinin PD-L1 proteinleri aracılığıyla potansiyel teşhisine yönelik yeni nesil benzotiyazol türevlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of new generation benzothiazole derivatives for potential diagnosis of breast cancer through PD-L1 proteins
Yazar: BÜŞRA YAZICI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ALPTÜRK ; DR. ÖZGÜR YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Teknolojinin hızla geliştiği bu günlerde, tanı yöntemlerinin sayıca fazla olması sınırlı sayıda kanser-teşhis ajanının bulunduğu gerçeğini değiştirmemektedir ve bunu tersine çevirmek amacıyla alternatiflerinin geliştirilmesi için yapılan çalışmalar hızlandırılmıştır. Çoğu hastalık türünde olduğu gibi, kanserin tanısı, teşhisi ve ayrıca tedavisi için de oldukça zorlu ve zaman alıcı bir süreç gerekmektedir.
Tümör mikro-çevresi, diğer hücre ortamlarından farklı proteinler oluşturdukları için, bu proteinler biyobelirteç olarak kendini göstermektedir. Biyobelirteçler, normal biyolojik ve patolojik süreçleri veya farmolojik cevapları hastalığın belirteci olarak ölçebilmekte veya değerlendirebilmektedir.
Fiziksel muayene gibi bilinen yöntemler genelde kanserin ilk evrelerinin belirlenmesinde yeterli gelmemektedir. Ancak günümüzdeki görüntüleme yöntemleri, kanserin başlangıç ya da geç evreleri fark etmeksizin, kanserin taranmasında ve teşhisinin konmasında önemli bir yere sahiptir. Moleküler görüntüleme yöntemleri hastaya en uygun kişiselleştirilmiş tedavi yaklaşımını tasarlamak ve uygulamak için kullanılmaktadır. Moleküler görüntüleme, biyolojik süreçlerin görsel olarak karakterizasyonu ve nicelendirilmesi açısından teşhis edilecek kısımların daha anlamlı bir görüntüsünü ortaya koymayı amaçlamaktadır. 
Moleküler görüntüleme kimya, eczacılık, bilgisayar/elektronik mühendisliği, moleküler biyoloji, fizik ve tıp alanlarını içeren multidisipliner bir alandır. Kanser başta olmak üzere, birçok hastalık türünde, kalp hastalıkları, beyin, mide-bağırsak, akciğer, kemik, böbrek ve tiroid rahatsızlıklarının tanı ve teşhisinde sıkça kullanılmaktadır.
Moleküler görüntüleme yöntemleri görüntülenecek alana ve tanısı konan hastalık durumuna bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Moleküler görüntülemede en yaygın kullanılan türler; Bilgisayarlı Tomografi, Ultrason, Manyetik Rezonans Görüntüleme ve Pozitron Emisyon Tomografisidir.
Söz konusu moleküler görüntülemedeki ajanlar, hedef doku veya çevreyi görüntülemek amacıyla tasarlanıp üretilmişlerdir. Kanser hücresini hedef alan ve kanser hücresi hakkında bilgi veren bu yapılar aynı zamanda moleküler görüntüleme teknolojisinde bir tedavi yöntemi olarak da kullanılmaktadır.Geliştirilmek istenen kanser teşhis ve görüntüleme ajanları, hedeflendirme parçası ve sinyal ajanı olmak üzere iki ana bölümden oluşmaktadır. Sinyal ajanı olarak görüntüleme yöntemine uygun radyoizotop seçilebilirken hedeflendirme parçası küçük organik moleküllerden, peptitlerden, aptamerden antikorlardan ve benzeri moleküllerden oluşabilmektedir.
Bir görüntüleme ajanı tasarlamak kadar kanser hücrsinin analiz edilmesi de oldukça önemli ve gereklidir. Kanser hücrelerinin yapısının ve işleyişinin bilinmesi durumunda kanserin ilerlemesi yavaşlatılabilmekte ve daha da önemlisi yok edilebilmektedir. Bu bilgiler ışığında, bir moleküler görüntüleme ajanının hedef parçası kanser hücresini tanıyabilen moleküller tasarlanıp bunların sentezlenmesi ile elde edilebilmektedir.
Bu tez çalışmasının başlıca amacı, meme kanserinin PD-L1 proteinleri aracılığıyla potansiyel teşhisi ve tümör mikro-çevresinin görüntülenmesi için peptidomimetik tabanlı görüntüleme ajanlarının tasarlanıp ve bu hedef moleküllerin sentezlenmesidir. Sonraki çalışmalarda ise, tümör mikro-çevresinde bulunan protein biyobelirteçlere, elde edilen peptidomimetikler içerisinden hedef hücreye özellikle bağlanma eğilimi gösteren moleküller seçilip 68Ga radyonüklid atomu ile işaretlenme amaçlanmaktadır.
Bu bilgiler çerçevesinde, PD-L1'e bağlanma potansiyeli olan birçok alternatif peptidomimetik temelli molekül değerlendirilmiştir.  Doç. Dr. Atilla Akdemir tarafından yürütülen in silico docking çalışmaları sonucunda uygun görülen yapılar ile molekül kütüphanesi oluşturulmuştur ve bu moleküller uygulanabilirlik ve sentezlenebilirlik açısından değerlendirilerek sınıflandırılmıştır. Farmakofor yaklaşımı uygulanan organik moleküller, sentez kolaylığı bakımından üç ana parça olarak ele alınmıştır. Her bir üç ana parça, süreç boyunca in silico sonuçlara göre türevlendirilmiş ve molekül kütüphanesine eklenmiştir. 
In silico çalışmalar sonucunda molekül kütüphanesine eklenen yapıların sentezi, çeşitli sentez yöntemlerinin araştırılıp denenmesinin ardından gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen moleküller yapılarına uygun olarak gerekli teknikler ile izole edilmiştir. Elde edilen bileşiklerin karakterizasyonları 1H NMR ve 13C NMR spektroskopi yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 
Hedeflenen peptidomimetik yapısı, rasyonel olarak tasarlanıp uygun bulunan yöntemler doğrultusunda sentezlenen üç ana molekülün çapraz birleştirilmesinden elde edilmiştir. Bu nihai peptidomimetik yapıları, en uygun sentez yöntemleri ile çeşitli denemeler sonucunda elde edilen veriler ışığında optimum koşullarda üretilmiştir. 
İleri aşamalarda elde edilen türevlendirilmiş peptidomimetikler, hücre fizyolojisindeki aktivitelerine ve bağlanma eğilimlerine bağlı olarak, en yüksek değere sahip olan peptidomimetikler seçilerek günümüzde çoğunlukla kanser tanı ve teşhisinde kullanılan Pozitron Emisyon Tomografisi-Bilgisayarlı Tomografi (PET-BT) görüntüleme yöntemindeki kullanımına en uygun hale getirilecektir. 
Bu çerçevede sentezlenen peptidomimetiklere DOTA şelatları takılacak ve bu şelatlara PET-BT yönteminde kullanılmakta olan 68Ga izotopunun tutturulması ile nihai problar elde edilecektir.

Abstract:
In these days when the technology is developing rapidly, the number of diagnostic methods does not change the fact that there are a limited number of cancer-diagnostic agents in addition to the number of diagnostic methods, and studies to develop alternatives have been accelerated to reverse this stituation. As with most types of disease, a difficult and time-consuming process is required for the detection, diagnosis, and treatment of cancer.
Since the tumor microenvironment creates different proteins from other cell environments, these proteins are manifested as biomarkers. Given its definition, biomarkers can measure and evaluate normal biological processes, pathological processes, or pharmalogical responses as an indicator of a disease.
Ordinary methods like physical examination are, generally, insufficient to detect the preliminary level of cancer. However, today's imaging methods have superior competence in screening and diagnosing cancer, regardless of the beginning or later stages of cancer. Molecular imaging aims to get a more meaningful image of the parts to be diagnosed in terms of visual representation, characterization, and quantification of biological processes.
Molecular imaging is a multidisciplinary field that includes chemistry, pharmacy, computer/electronics engineering, molecular biology, physics and medicine. It is frequently used in the diagnosis and diagnosis of heart diseases, brain, gastrointestinal, lung, bone, kidney, and thyroid diseases in many types of diseases, especially cancer.
Molecular imaging methods vary depending on the area to be imaged and the disease condition diagnosed. The most widely used species in molecular imaging are Computed Tomography, Ultrasound, Magnetic Resonance Imaging and Positron Emission Tomography.
Agents in said molecular imaging are designed and manufactured to display the target tissue or environment. These structures, which target cancer cells and provide information about cancer cells, are also used as a treatment method in molecular imaging technology.
The cancer diagnosis and imaging agents that are intended to be developed consist of two main parts; the target part, and the signal agent. While the radioisotope suitable for the imaging method can be selected as the signal agent, the target fragment may consist of small organic molecules, peptides, aptamers, or multi-faceted molecules.
Analyzing the cancer cell is as important and necessary as designing an imaging agent. In other words, if the structure and functioning of cancer cells is known, cancer growth can be slowed and more importantly, it can be stopped. In the light of these informations, the target part of a molecular imaging agent is obtained by designing molecules that can recognize the cancer cell and then synthesizing them.
The main purpose of this thesis study is to design and synthesize peptidomimetic-based imaging agents for the potential diagnosis of breast cancer through PD-L1 proteins and imaging the tumor microenvironment. In addition, protein biomarkers located in the tumor microenvironment are aimed to select molecules that tend to specifically bind to the target cell from the peptidomimetics obtained and to be marked with certain radionuclide atoms.
Within the framework of this information, peptidomimetic based molecules that have the potential to bind to PD-L1 have been evaluated. As a result of in silico docking studies carried out in collaboration with Assoc. Dr. Atilla Akdemir, the molecule library was created with the structures deemed appropriate, and these molecules were classified in terms of applicability and synthesisability. Organic molecules with the pharmacophore approach have been considered as three main parts in order to ease of synthesis. Each of the three main parts were derivatized according to in silico results throughout the process and added to the molecule library. The characterizations of the obtained compounds were carried out using 1H NMR and 13C NMR spectroscopy methods.
The targeted peptidomimetic structure was obtained by cross-linking the three main molecules, which were designed rationally and synthesized in accordance with the appropriate methods. This ultimate peptidomimetic construct, optimal synthesis methods were produced under optimum conditions in the light of data obtained from various trials.
The derivatized peptidomimetics obtained in the advanced stages will be optimized for the use of positron emission tomography-computed tomography (PET-CT) imaging method, which is mostly used in cancer detection and diagnosis today by selecting the highest value peptidomimetics depending on their activity in cell physiology and their tendency to attach.
In this context, DOTA chelates will be attached to the peptidomimetics synthesized and final probes will be obtained by attaching 68Ga isotope used in PET-CT method to these chelates.