Telomeraz aktivitesi tayinine yönelik yüksek enerji dönüşümlü floresan partiküllerin biyosensör olarak kullanımı
The use of up-conversion fluorescent particles as a biosensor for determination of telomerase
Yazar: MESUT KAPLAN
Danışman: PROF. DR. LOKMAN UZUN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Lantanitler = Lanthanids

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, nadir toprak elementlerinin yüksek enerji dönüşümü (up-conversion) özelliğini ve antikor etkileşim süreçlerinin hassas seçim kabiliyetini kullanarak silika nanoyapıları ile vücut sıvısından telomeraz tespitini yapabilecek bir tanımlayıcı florofor probun geliştirilmesi amaçlanmıştır. Telomeraz enzimi, sınırsız bölünme yeteneğine sahip hücrelerde (kanser hücreleri) ekspresyonu oldukça yüksek olarak literatürde rapor edilmiş bir enzimdir. Buradan hareketle, telomeraz enziminin sekrasyon miktarını saptayacak bir biyosensör, genel kanser taraması ve kanserin erken teşhisi için bir umut olabilir.
Günümüzde yaygın ve ölümcül bir hastalık olan kanserin erken dönemde teşhis edilmesi durumunda tedavisinin mümkün olduğu bir hastalıktır. Telomeraz miktarı ve aktivitesindeki anomaliler bu bağlamda bilim insanlarına ön bilgi vermektedir. Bu gerekçeyle, yeni nesil problar ile vücut sıvısından telomeraz varlığını araştırabilecek bir florofor prob geliştirmek hedeflenmiştir. Bu tez çalışması kapsamında, silika nanopartiküller taşıyıcı ana gövde olarak seçilmiştir. Literatürde Stöber yöntemi olarak bilinen yöntem ile sentezlenmiş ve bunlara yardımcı bağlayıcı gruplar (NH, OH vb.) ile modifiye edilmiştir. Modifiye edilen silika nanopartiküller ön deneme olarak, organizmada fizyolojik ve biyolojik açıdan önemli bir yer teşkil eden demir ile alakalı olan ''transferrin'' antikoru ile yapılmıştır. Transferrin antikoru başarılı bir şekilde temel silika nanopartiküllere bağlanmış ve antijen yakalama ve tespit etme kabiliyeti ve kapasitesi analizler ile ölçülerek rapor edilmiştir. Kanserin erken teşhisi için, benzersiz emisyon özellikleri olan yüksek enerji dönüşümlü lantanit katkılı silika (silika@lantanit) probların denemesinden önce yapılan bu ön deneylerde transferrin antijenin vücut sıvısındaki miktarını ölçmeye yarayan bir biyosensör olmuştur. Ön denemelerin başarılı bir şekilde sonuçlanmasından sonra, ölçülecek proteinden alınan sinyal farklarının daha yüksek ve daha keskin alınmasını sağlamak amacı ile sentezlenen silika nanopartiküllerin çekirdeğine evropiyum lantanit iyonu yerleştirilmiş ve alınan sinyalin daha yüksek ve kalıcı olması için de anten görevi görecek bir organik malzeme ile bu yapı desteklenerek bir florofor prob haline getirilmiştir. Daha sonra bu malzemeye, Si@Eu (Eu katkılı silika), ''telomeraz'' antikoru bağlanarak dekore edilmiş ve bir immüno prob halini almıştır. Hem florofor hem de immün etkileşimi olan bu nano sensör '' immünoprob'' olarak adlandırılmıştır. Telomeraz antijenini yakalamaya hazır hale getirilmiş olan bu problar ile deneyler yapılmıştır. Ticari antijen ve gerçek kanser hücrelerinden ekstrakt edilmiş antijenler ile etkileşime sokularak ortam absorpsiyon sinyalleri değerlendirilmiştir. Bu analizlerde yüzey karakterizasyonu, modifikasyonun her aşamsında yüzey potansiyeli ve elektron mikroskobu incelemeleri, FT-IR, elektroforez, UV spektrometri ve spektroflorometri analizleri yapılmış ve sonuçlar, başarılı bir şekilde rapor edilmiştir. Bu çalışma neticesinde elde edilen net veriler şunlar olmuştur;
1)	Silika nanoyapılar ön denemelerde bir prob haline getirilmiş ve toplam demir bağlama kapasitesi  (TIBC) analizi yapabilecek medikal bir sensör geliştirilmiştir. 
2)	Silika nanoyapılar florofor problara dönüştürülerek, yüksek enerji dönüşümlü (YED) prob halini almış ve ticari antijen ile gerçek antijeni kayda değer oranlarda yakalamayı başarmıştır.
3)	Elektroforez analizlerinde, yüksek enerji dönüşümlü (YED) nanoprobların, ticari boya olan Cy2@Green ile yarışması sonucunda elde edilen bant görüntüleri, dissosiyasyon davranışları ve keskinliklerden de biyo-sensör olmasının yanısıra iyi bir belirteç olduğu da görülmüştür.
 Özetle, silika nanoyapıların uygun ve işlenebilir yapıları sayesinde; lantanitlerin enerji dönüşümlerinin kararlılığı ve antikor-antijen etkileşimlerinin yüksek seçiciliği sayesinde hem ticari kararlılığı yüksek bir biyo belirteç sentezlenmiş hem de tezin ana çalışması olan kanserin erken teşhisine olanak veren, telomeraz miktarının tayinini saptayacak bir biyosensör başarılı bir şekilde üretilmiştir.

Abstract:
Within the scope of this thesis study, it is aimed to develop a descriptive fluorophore-probe that can detect telomerase from body fluid with silica nanoparticles by using the high energy up-conversion feature of rare earth elements and the sensitive selection ability of antibody interaction processes. Telomerase is an enzyme that has been reported in the literature to be highly activated in cells with immortal ability (cancer cells). Based on this, a biosensor that will detect the secretion amount of telomerase may be a hope in treatment for general cancer screening and its early diagnosis.
Cancer, which is a very common and mortal disease today, is a disease that can be treated if diagnosed at an early stage. Anomalies in the amount and activity of telomerase provide preliminary information to scientists in this context. For this reason, it is aimed to develop a fluorophore probe that can detect the presence of telomerase in body fluid with new generation probes. In this study, silica nanoparticles were chosen as the main body. Silica nanoparticles were synthesized by the method known as the Stöber method in the literature, and auxiliary linking groups (NH, OH, etc.) were attached to them through modification treatments. As a preliminary test, the modified silica nanoparticles were made with the "transferrin" antibody, which is related to iron, which has a physiologically and biologically important place in the organism. The transferrin antibody was successfully bound to basic silica nanoparticles, and its antigen capture and detection ability and capacity were measured and reported by assays. These preliminary experiments, conducted before the trial of high energy conversion ''silica@lanthanide'' UCNPs probes with unique emission properties for the early diagnosis of cancer, also became a biosensor to measure the amount of transferrin antigen in body fluid. After the successful completion of the preliminary tests, the europium lanthanide element was placed in the core of the synthesized silica particles in order to ensure higher and sharper signal differences received from the protein to be measured, and this structure was supported with an organic material that will serve as an antenna to make the signal received higher and more permanent. Then, Si@Eu (Eu doped silica NPs) particles were modified and decorated with "telomerase" antibody. Experiments were carried out with these fluorophore nanoprobes, which were prepared to capture telomerase antigen. Ambient absorption signals were evaluated by interacting with commercial antigen and antigens extracted from real cancer cells. In these analyses, surface characterization, surface potential and electron microscope examinations at every stage of modification, FT-IR, electrophoresis, UV spectrometry and spectrofluorometry analyzes were performed and the results were successfully reported. The logical data obtained as a result of this study were as follows;
1) Silica nanoparticles have been turned into a probe in preliminary trials and have shown promise as a medical sensor that will allow total iron binding capacity (TIBC) analysis.
2) Silica nanparticles were converted into fluorophore probes and became up-conversion (UCNPs) probes, which managed to capture commercial antigen and real antigen at significant rates.
3) In electrophoresis analyses, it was seen that the band images, dissociation behaviors and sharpness obtained as a result of the competition of UCNPs nanoprobes with the commercial dye Cy2@Green were not only biosensors, but also a good marker.
In summary, a stable immunoprobe was developed thanks to the useful and processable structures of silica nanoparticles, the emission stability of lanthanides and the high selectivity of antibody-antigen interactions. . A sensor platform to be used in the early diagnosis of cancer, which is the main subject of the thesis, has been successfully produced.