Prostat kanser tayini için moleküler baskılama temelli yüzey plazmon rezonans (SPR) sensörlerin hazırlanması
Preparation of molecular imprinting based surface plasmon resonance (SPR) sensor for prostate cancer detection
Yazar: GİZEM ERTÜRK
Danışman: PROF. DR. MEHMET AŞKIN TÜMER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Prostat spesifik antijeni = Prostate specific antigen ; Yüzey plazmon rezonans teorisi = Surface plasmon resonance theory

Özet:
Yüzey plazmon rezonans (SPR) biyosensörleri biyomoleküler etkileşimleri karakterize etmek ve ölçmek için kullanılmaktadır. Eş-zamanlı ve hızlı ölçüm, yüksek hassasiyet ve özgüllük, işaretleyici kullanımına gerek olmaması SPR biyosensörlerinin eşsiz özellikleridir. SPR biyosensörleri çeşitli analitlerin tayini için kullanılmaktadır. Günümüzde, moleküler baskılama teknolojisi SPR biyosensörlerinde tanıma bölgelerinin oluşturulmasında kullanılmaktadır. 
Moleküler baskılama; baskılanan moleküle özgü, dayanıklı tanıma bölgelerine sahip malzemelerin tasarlanması için kullanılan teknolojidir. Ekstrem koşullar altında karmaşık matrikslerdeki kararlılığı, hazırlama kolaylığı, ucuz fiyatı, tekrar kullanılabilirliği, kalıp moleküle olan yüksek tanıma kapasitesi ve doğal moleküllerdeki kadar yüksek bağlanma özelliklerinden dolayı moleküler baskılanmış polimerler (MIP'ler) kataliz, ayırma, katı faz ekstraksiyonları ve biyosensörlerde sıklıkla kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, prostat spesifik antijen (PSA) tayini için SPR sensörü hazırlanmıştır. PSA, önceden modifiye edilmiş SPR sensör yüzeyine mikrotemas baskılama yöntemiyle baskılanmıştır. PSA baskılanmış (PSA-MIP) SPR sensörlerinin atomik kuvvet mikroskobu (AFM), ellipsometre, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Raman, FT-IR ve temas açısı ölçümleri ile detaylı karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. PSA tayin çalışmaları, standart PSA çözeltileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. PSA-MIP SPR sensörlerinin PSA'ya karşı seçiciliği, yarışmacı proteinler olarak insan serum albümini (HSA), immunoglobulin G ve lizozim kullanılarak test edilmiştir. Bağlanma kinetik analizleri ile kinetik ve izoterm parametreleri belirlenmiştir. Ayrıca dışarıdan PSA eklenen insan serum örneklerinden ve prostat kanserli hastaların serum örneklerinden PSA tayini gerçekleştirilmiştir. Prostat kanserli hastaların serum örneklerinden yüzde geri kazanım oranı belirlendikten sonra, elde edilen sonuçlar, yöntemin doğruluğunu ve güvenilirliğini test etmek amacıyla ticari bir yöntem olan ve günümüzde merkezi laboratuvarlarda, hastanelerde PSA tayini için kullanılan ELİZA sonuçları ile karşılaştırılmıştır.  Son aşamada, PSA-MIP SPR sensörlerinin tekrar kullanılabilirliği test edilmiştir. Tez çalışması sonucunda elde edilen bulgular, geliştirilen PSA-MIP sensörün, nitelikli biyosensörlerde olması gereken tüm özellikleri taşıyan bir sensör olarak, günümüzde mevcut ELİZA yöntemine göre birçok avantajı ile üstün, alternatif bir yöntem olarak PSA tayininde kullanılabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Surface plasmon resonance (SPR) biosensors are used to characterize and quantify biomolecular interactions. Real-time and fast measurement, high sensitivity and specificity, no need of labeled reagents are the unique properties of SPR biosensors. SPR biosensors have been used for detection of several analytes. Recently, molecular imprinting technology is used for creation of biorecognition surfaces on the SPR biosensors.
Molecular imprinting is the technology of designing materials with robust recognition sites suitable for interaction with the print molecule. Due to their stability in complex matrices under tough conditions, ease of preparation, low cost, reusability, high recognition capacity to the template molecule and binding characteristics as high as those of natural binders, molecularly imprinted polymers (MIPs) are extensively used in a variety of areas, such as catalysis, separations, solid-phase extractions and biosensors.
In this study, an SPR biosensor was prepared for prostate specific antigen (PSA) detection. PSA was imprinted onto the modified SPR sensor surface via microcontact imprinting. Detailed characterization studies of PSA imprinted (PSA-MIP) SPR sensors were performed by observation using atomic force microscope (AFM), ellipsometry, scanning electron microscope (SEM), Raman, FT-IR and contact angle measurements. PSA detection studies were performed by using standard PSA solutions. Selectivity of PSA-MIP SPR sensors against PSA was tested by using human serum albumin (HSA), immunoglobulin G (IgG) and lysozyme as competitive proteins. Kinetics and isotherm parameters were calculated by applying association kinetics analysis. Furthermore, PSA detection was also carried out from PSA-spiked human serum samples and prostate cancer patients' serum samples. Recovery % was calculated and to determine the accuracy and reliability of the developed method, results were compared with the ELISA method which is currently used in central laboratories and hospitals for PSA detection. In the last step, reusability of the PSA-MIP SPR sensors was tested. The results obtained from the study show that the developed PSA-MIP sensor could be used as an alternative and superior method to ELISA with its unique properties that must be in a well qualified biosensor.