Gözenekli ve içi boş nanoyapı formunda SİO2 tabanlı sinerjistik terapi ajanlarının geliştirilmesi ve in-vitro terapi performanslarının belirlenmesi
Development of SİO2 based synergistic therapy agents in the form of porous and hollow nanostructures and determination of their in-vitro therapy performance
Yazar: İLAYDA COŞAR
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL ; DOÇ. DR. FATOŞ ÇİĞDEM KİP
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez çalışması kapsamında, fotodinamik, fototermal ve açlık terapilerinden yararlanılarak kanser tedavisi için çok işlevli bir nanopartikül geliştirilmiştir. Sinerjistik terapi ajanı olarak kullanılmak üzere içi boş, mezogözenekli ve monodispers formda silika nanopartikülleri (H-SiO2), çok aşamalı sol-jel kalıplama yöntemi ile sentezlenmiştir. Nanopartiküllere polidopamin kaplanarak fototermal etki oluşturma yeteneği kazandırılmıştır. Böylece, 808 nm'de yakın kızılötesi lazer ışınlaması ile tümör mikro çevresinde oluşturulan 52°C'ye kadar çıkan sıcaklık sayesinde tümör hücrelerinde ölüm gerçekleşmiştir. Fotodinamik terapi fonksiyonunun oluşturulabilmesi için ışığa duyarlı molekül olan klorin e6, nanotaşıyıcı üzerinde oluşturulan polidopamin katmanı üzerine immobilize edilmiştir. 650 nm LED ile aktive olan nanopartiküller, hücre ölümüne yol açan 1O2 reaktifi üreterek tümör hücrelerinde oksidatif hasara neden olmuştur. Ardından nanopartiküllere glikoz oksidaz (GOx) ve katalaz (CAT) enzimlerini içeren bir kaskat enzim sistemi yüklenmiştir. GOx tümör hücre metabolizması için gerekli glikoz kaynaklarını tüketerek açlık terapisi oluşturmuş ve glikozun oksidasyonu sonucunda üretilen H2O2, CAT tarafından oksijene dönüştürülerek fotodinamik terapi etkinliği artırılmıştır. İn-vitro çalışmalar, sentezlenen sinerjistik terapi ajanının T98G glioblastoma hücrelerinde uygulanan fototermal, fotodinamik ve açlık terapileri ile hücre ölümünün sağlandığı göstermiştir. Kombine tedaviler, geleneksel antitümör ajanlar kullanılmadan hücre canlılığını %21'e düşürmüştür. Bu tez çalışmasında, sentezlenen H- SiO2@PDA@Ce6@GOx@CAT nanopartiküllerinin kanser tedavisi için etkili bir sinerjistik terapi ajanı olarak kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Silisyum dioksit, nanopartikül, kanser, fototermal terapi, fotodinamik terapi, açlık terapisi, sinerjistik terapi

Abstract:
In this thesis, a SiO2 based multifunctional nanoparticle was developed for cancer treatment by utilizing photodynamic, photothermal, and starvation therapies. Hollow, mesoporous, and monodisperse silica nanoparticles (H-SiO2) were synthesized by using a multistep shape-templating sol-gel method to be used as a synergistic therapy agent. The nanoparticles were coated with polydopamine to give them the ability to produce the photothermal effect. Thus, tumor cells were killed due to the temperature increase of up to 52°C generated in the tumor microenvironment by near-infrared laser irradiation at 808 nm. To create the photodynamic therapy function, chlorine e6, a photosensitizer, was immobilized on the polydopamine layer formed on the nanocarrier. Activated under 650 nm LED light, the nanoparticles caused oxidative damage to tumor cells by producing 1O2 reactive leading to cell death. The nanoparticles were then loaded with a cascade enzyme system including glucose oxidase (GOx) and catalase (CAT) enzymes. GOx induced starvation therapy by consuming glucose resources required for tumor cell metabolism, and the H2O2 produced because of glucose oxidation was converted to oxygen by CAT, enhancing photodynamic therapy efficacy. In-vitro studies showed that the synthesized synergistic therapy agent significantly increased cell death by photothermal, photodynamic, and starvation therapies applied in T98G glioblastoma cells. The combined treatments reduced cell viability to 21% without conventional antitumor agents. In this thesis, it was concluded that the synthesized H-SiO2@PDA@PDA@Ce6@GOx@CAT nanoparticles could be used as an effective synergistic therapy agent for cancer treatment.

Keywords: Silicon dioxide, nanoparticles, cancer, photothermal therapy, photodynamic therapy, starvation therapy, synergistic therapy