Çok fonksiyonlu süperparamanyetik grafen oksit nano-malzemelerin hazırlanması ve kanser tedavisinde kullanılabilirliğinin araştırılması
Preparation of multi-functional superparamagnetic graphene oxide and investigation of usability in cancer treatment
Yazar: NIZAMUDIN AWEL HUSSIEN
Danışman: PROF. DR. NURAN IŞIKLAN ; PROF. DR. MUSTAFA TÜRK
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Hedefli ilaç salım sistemi, geleneksel kanser tedavi yöntemleriyle ilişkili olan yan etkileri azaltma ve etkinliği arttırma kabiliyeti nedeniyle yakın zamanlarda umut verici kanser tedavisi olarak ortaya çıkmıştır. Bu tezde, MCF-7 kanser hücrelerini hedeflemek amacıyla aptamer-konjuge manyetik grafen oksit nanotaşıyıcı hazırlanmıştır. Model kanser ilacı olarak paklitaksel (PAC) kullanılmıştır. Nanotaşıyıcının biyouyumluluğu, kararlılığı, ilaç yükleme ve salım performansını artırmak amacıyla; pektin, jelatin ve hidroksipropil selüloz ile konjuge edilmiştir. Ayrıca, fototermal ve fotodinamik terapide kullanılabilmek üzere ışığa duyarlı hale getirilmesi için klorin e6 (Ce6) ile konjugasyonu yapılmıştır.
Hazırlanan nanotaşıyıcının yapısı, boyutu, yüzey morfolojisi, manyetik özelliği ve kararlılığı, FTIR, X-ışını kırınımı, TEM, SEM, Zeta-sizer, VSM ve TGA / DSC kullanılarak aydınlatılmıştır. Ayrıca, ilaç yüklenme ve salım performansları, UV absorbans spektrumu ile hesaplandı. Sitotoksisite testi L929 fibroblast normal hücre ve MCF-7 kanser hücresi kullanılarak MTT testi ile gerçekleştirildi. Fototermal (PTT) ve fotodinamik (PDT) tedavilerinin etkisi 808 ve 660 nm'lik lazer sistemi kullanılarak araştırılmıştır. Üstelik, nanotaşıyıcıların kanser hücresini spesifik olarak tanıyıp tanımadığını akış sitometrisi ile belirlenmiştir. 
Elde edilen sonuçlar, sentezlenen nanotaşıyıcıların süperparamanyetik, biyouyumlu, kararlı, pH'ya duyarlı ve yüksek ilaç yükleme ve salım verimliliğine sahip olduğunu göstermiştir. Manyetik grafen oksit (MGO) ve polimer konjuge MGO'ların boyutları 500 ile 800 nm arasında iken, Fe3O4 ise 5 - 15 nm aralığında bulunmuştur. İlaç yükleme ve in vitro salım analizi, % 75,75'den fazla ilaç tutuklama verimi ve pH'ya duyarlı salım göstermiştir. Hücre toksisite analizinde, % 80'den daha fazla hücre canlılığı bulunmuştur. Polimer ve Fe3O4 konjugasyonu, GO'nun biyouyumluluğunu artırmıştır. Üstelik, PAC ve PAC yüklü nanomalzemelerin MCF-7 kanser hücrelerine yüksek sitotoksik etkisi gözlenmiştir. PTT/PDT analizlerinde, 808 ve 660 nm'lik lazer ışınmasıyla daha fazla kanser hücreleri öldürülmüştür. Ayrıca, Kemoterapi-PTT/PDT kombinasyonu, kemoterapi ve PTT/PDT'den daha etkili bulunmuştur. Diğer yandan, akış sitometri sonuçları, nanotaşıyıcıların MCF-7 kanser hücrelerine spesifik olarak bağlanabildiğini ortaya koymuştur. Elde edilen sonuçlara göre, hazırlanan  süperparamanyetik nanomalzemeler, hedefli kanser ilaç verme sistemleri için umut verici bir taşıyıcı olarak düşünülmüştür.

Abstract:
Targeted drug delivery has recently come out as a promising cancer therapy owing to its capability to increase efficacy and reduce the side effects, which are associated with conventional anti-cancer treatment methods. Herein, we have attempted to prepare aptamer-conjugated magnetic graphene oxide nanocarrier, which can carry Paclitaxel anti-cancer drug to target MCF-7 tumor cells. The nanocarrier was also conjugated with natural polymers such as pectin, gelatin and hydroxypropyl cellulose aiming to increase biocompatibility, colloidal stability, drug loading and release performances. Furthermore, Ce6 chromophore was attached to the nanocarrier to make the system lazer sensitive for its application in photothermal and photodynamic therapies. The structure, surface morphology, magnetic property and thermal stability of the nanohybrid were investigated using FTIR, XRD, TEM, SEM, Zeta-sizer, VSM and TGA/DSC. Moreover, drug loading and release performances were studied by UV-Vis absorption spectra. The cytotoxicity test was also performed by MTT test using L929 fibroblast normal cell and MCF-7 cancer cell lines. Moreover, the effect of photothermal and photodynamic therapies were investigated by using a laser system with 808 and 660 nm. Furthermore, flow cytometry was done to assess whether the prepared nanocarrier specifically target the cancer cell. 
The results showed that the synthesized nanocarriers are superparamagnetic, biocompatible, stable, pH-responsive with high loading and release efficiency. The particle size of magnetic graphene oxide (MGO) and polymer konjugated MGO nanocarriers were found to be 500 - 800 nm, whereas, the Fe3O4 was 5 - 15 nm. PAC loading and release results revealed a good loading performance with entrapment efficiency greater than 75.75 % and pH responsive release. Cellular toxicity assay showed the nanocarriers are biocompatible having cell viability greater than 80 %. The conjugation of Fe3O4 and polymers have showed an enhancement in the biocompatibility of the nanocarriers. Besides, high cytotoxic effect was observed for PAC and PAC loaded nanocarriers on MCF-7 cancer cells. The combination of Chemotherapy-PTT/PDT was found more effective than either of chemotherapy and PTT/PDT. Furthermore, flow cytometry investigation reveals that the obtained nanocarrier can specifically bind to MCF-7 cancer cells. Therefore, based on the results the prepared superparamagnetic nanocarrier could be considered as a promising agent for cancer drug delivery systems.