Nitrik oksit aktivite ölçümü için yeni bir florojenik prob geliştirilmesi
Development of a novel florogenic probe for the measurement of nitric oxide activity
Yazar: EMİN AHMET YEŞİL
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ALTUN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Nitrik oksit (.NO), azot atomu üzerindeki ortaklanmamış bir adet elektron bulundurması, çeşitli protein ve serbest radikal türler ile hızlı bir şekilde etkileşim göstermesi sebebiyle serbest radikal moleküller sınıfı içerisinde yer almaktadır. Vücutta damar endotel hücrelerinde gaz formda sentezlenmektedir. Organizmada kana karışmasıyla birlikte düz kasların gevşemesini sağlamaktadır. Bunun yanı sıra birçok fizyolojik (anti tümör ve anti mikrobiyal etki, sinir sistemi içerisinde sinyalizasyonun sağlanması, burun soğanındaki koku duyarlık derecesinin ayarlanması, trombosit taşınması ve kan basıncının düzenlenmesi, kan akışının organlara yönlendirilmesi vs.) ve patolojik  (damar ve doku sertleşmesi, hipertansiyon, kanser, AIDS ve Alzheimer, ülser ve genç yaşta görülen diyabet gibi kronik hastalıklar, dolaylı DNA parçalanması vs.) etkiye sahiptir. Kısa ömürlü ve son derece reaktif bir moleküldür. Oksijen veya süperoksit radikali (O2. - ) ile reaksiyonu sonucunda ise toksik etkiye sahip nitrit, nitrat (NOx), peroksinitrit (OONO-) gibi yükseltgenme ürünleri meydana gelmektedir. Nitrik oksitin sentezinin, etki mekanizmasının ve organizmadaki çok yönlü biyolojik etkilerinin kapsamlı bir şekilde araştırılması için kemilüminesans, elektron spin rezonans (ESR), kolorimetri, elektrokimya ve florometri gibi çeşitli elektrokimyasal ve spektroskopik yöntemler kullanılmaktadır. Uygulaması kolaylıkla yapılabilen, seçici ve hassas olarak ilgili reaksiyonun oluşum zamanı ve yerinin eş zamanlı tespit edilip üzerinde değerlendirme yapılmasına imkânı sunan ve daha az maliyetli olan floresans esaslı florometrik yöntemler, .NO görüntülenmesi için daha ziyade tercih edilmekte ve kullanılmaktadır. 

Genel olarak literatürde NO tespit ve görüntülenmesi için çeşitli floresans özellikli problar sentezlenmiştir. İlk olarak diaminonaftalen bileşiği NO tayini için kullanılmıştır; fakat uygulama asidik şartlar gerektirdiğinden ve uyarılma dalga boyu görünür bölge içerisinde kaldığından hücrede hasara yol açtığı ve dolayısıyla NO tayini için uygun bir prob olmadığı anlaşılmıştır. Daha sonra bu metoda alternatif olarak kullanılan 2,7-diklorofloresein bileşiği ise diğer reaktif oksijen türleri ile de etkileşim göstermiş ve NO'ya karşı düşük seçicilikte olduğu saptanmıştır. Molekül yapısında iki adet komşu amin (orto-diamin) grubu içeren ve fizyolojik şartlara yakın koşullarda uygulaması yapılabilen problar ile gerçekleştirilen denemelerde ise .NO ölçümleri için yüksek seçicilik ve hassas ölçümler kaydedilmiş; probların floresans şiddetlerinde çok ciddi artışlar saptanmıştır. Fakat NO'nun haricinde, dehidroaskorbik asit ve askorbik asitin de orto-diamin yapısını içeren problar ile etkileşim göstermesi dezavantaj oluşturmaktadır. Günümüzde ise metal kompleksi esaslı sentezlenmiş olan problar .NO'nun anlık oluşum yeri ve zamanının eş zamanlı olarak seçici ve hassas olarak ölçülmesinde ve değerlendirilmesinde güvenle kullanılmaktadır. Literatürde bu mekanizma üzerine sentezlenmiş olan probların çoğu görünür bölgede absorpsiyon yapmaktadır. Floresans esaslı probların kullanıldığı in-vivo ve in-vitro çalışmalarda, yüksek doku hücrelerinin yapısından kaynaklanan arka plan ışımalar ile probun floresans ışıması girişim yapmakta ve sonuçları doğrudan etkilemektedir. Bu sorunun, yakın kızılötesi (near-infrared, NIR) bölgede uyarılma dalga boyuna sahip floresans esaslı problar kullanılarak aşılabileceği düşünülmekte ve yapılan uygulamalarda da bu düşünce doğrulanmaktadır. Ayrıca NIR bölgede absorpsiyon yapacak olan probların kullanılmasıyla, hasar veya ölüme neden olmaksızın hücre ve dokuların daha derinlemesine görüntüleneceği, böylece çalışmaların daha kapsamlı bir şekilde yapılmasına olanak sağlanacağı öngörülmektedir.

Tez kapsamında, bakır(II) merkezli metal kompleksine dayalı, near-infrared (NIR) teknolojisinde sıklıkla kullanılan siyanin boyası türevleri ile yapısındaki elektron akışı zenginleştirilmiş, NIR bölgede (650 – 900 nm aralığında ) eksitasyon ve emisyon dalga boylarına sahip olduğu denemeler sonucunda kanıtlanan; sitotoksik etkisinin minimum düzeyde olduğu gözlemlenen; kolaylıkla uygulanabilen, nitrik oksite selektif; ayrıca literatürdeki aynı mekanizma üzerinden etki gösteren diğer problara zaman içerisinde üstünlük sağlayacağı düşünülen floresans esaslı yeni bir florojenik prob geliştirilmiştir.

Abstract:
Nitric Oxide is located inside the free radical molecules because it contains an unpaired electron on its structure and show interaction with metabolic constituents like proteins and free radical species. It synthesized vascular endothelial cells in the body in gaseous form. It provides relaxation of smooth muscle when the mixing with blood in the organism. And also it has many physiological (antitumor and antimicrobial activity, providing signaling in the nervous system, adjusting the sensitivity level in the nose smell of onions, transporting platelet, regulating of blood pressure, and directing blood flow to organs etc.) and pathologically (arteriosclerosis and sclerosis, hypertension, cancer, AIDS, Alzheimer, ulcer and chronic diseases such as diabetes which is seen at a young age, and indirect DNA fragmentation etc.) effects. It is short-lived and highly reactive molecule. Its reactions with oxygen and superoxide radical (O2. -) leads to form oxidation products such as nitrite, nitrate and peroxynitrite.

Various electrochemical and spectroscopic methods are used for the determination of nitric oxide formation, its mechanism of action and versatile biological effects in organism such as chemiluminescence, electron spin resonance (ESR), colorimetry, electrochemistry and fluorimetry. Fluorescence-based fluorometric methods have been used mostly which can be easily applied, provides the possibility to detection and assessing for corresponding reaction's occurrence time and location simultaneously, and less costly. 
In general, various fluorescence-based probes for detection of .NO is synthesized in the literature. First, diaminonaphthalene compound is used for determination of .NO; but it's application required acidic conditions and their excitation wavelength remained within visible region, and thus was concluded that it's not a suitable probe for .NO determination. Subsequently, the alternative used 2,7-dichlorofluorescein compound has interacted with the other reactive oxygen species and it was showed lower selectivity towards .NO. Then using the probes, which contains two neighboring amine groups (ortho-diamine) on the molecular structure, made applications under the conditions close to physiological conditions recorded high selectivity and sensitivity for nitric oxide, and also significant increases in fluorescence intensity of probes were observed. But except for .NO, dehydroascorbic acid and ascorbic acid are also showed interfering with these ortho-diamine containing probes, which is a disadvantage. Nowadays based on metal complexes probes are used safely for sensitive and selective determination and assessing instant formation and location for .NO. Most of the probes which was synthesized via this mechanism in literature, makes absorption in the visible region. Using fluorescence-based probes in vivo and in vitro studies, high tissue cells structure-mediated background fluorescence radiation and probes fluorescence radiation are interfering and directly affects the results. To overcome this problem fluorescence-based probe was considered, studied probe was designed to monitor absorption in near-infrared region and this idea was confirmed with practical/experimental results. In addition, using probes which is absorption in NIR region, is foreseen that, without causing injury or death of cells and tissues to deeper penetration will take place and studies shall be more comprehensive manner. 

At this thesis fluorescence-based novel fluorogenic probe has been developed which was created based on copper(II) cation-based metal complexes, to enrich electron stream in the structure by cyanine dye derivatives which are commonly used in NIR fluorescence imaging technology, and proved to be result of the experiments it has excitation and emission wavelength in NIR region (650-900 nm); by correlating with the literature, our developed probe has shown, minimum of cytotoxic effect, easy to apply, selective to nitric oxide, so it is believed with the current properties it may be superior to probes used in determination and activity measurement through the same mechanisms in the literature.