Prostat kanseri hedefli kit tasarımı; platin ve titanyum nanoparçacık temelli konjugatların geliştirilmesi, radyoizotopik modifikasyonlar ve in vitro/in vivo uygulamalar
Prostate cancer targeted kit design; development of platinum and titanium nanoparticle based conjugates, radioisotopic modifications and in vitro/in vivo applications
Yazar: VOLKAN TEKİN
Danışman: PROF. DR. PERİHAN ÜNAK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı / Nükleer Uygulamalar Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Prostat kanseri erkeklerde sık görülen ve kanser nedeniyle ölümlerinin başında yer alan bir hastalıktır. Risk faktorleri; yaş, etnik köken, aile, genetik ve diğer çevresel faktörler şeklindedir. Prostat kanserinin teşhisinde parmakla rektal muayene, Trans-Rektal ultrason ve Prostat Spesifik Antijen (PSA) testi kullanilmaktadir. Prostat kanserinin tedavisinde ise cerrahi (radikal prostatektomi), eksternal radyoterapi, brakiterapi, yüksek yoğunluklu odaklanmış ultrason (HIFU), kriyoterapi, kemoterapi ve hormon terapi kullanılmaktadır. Bununla birlikte nanobilimin, birçok alanda olduğu gibi özellikle kanser araştırmaları için önemi giderek artmaktadır. Nanoparçacıklar özellikle soymetal olanlar optik ve elektronik etkileri nedeniyle önemli avantajlara sahiptir. Platin nanoparçacıklar intrinsik katalitik özellikleri ve optik özellikleri nedeniyle teşhis ve tedavi için oldukça uygundur. Titanyum nanoparçacıklar ise yüksek stabilite, düşük maliyet ve çevreye karşı güvenilirliği nedeniyle fotokataliz için ideal bir yarı iletken olarak kabul edilmektedir. Özellikle kompozit olarak kullanıldığında, sinerjistik bir etki yaratarak tek başına olduklarından daha güçlü bir etkiye sahip oldukları görülmüştür. Bununla birlikte SPHINX bileşiğinin, yeni kan damarı oluşumunda (anjiyogenez) anjiyojenik faktör olarak anahtar rol oynayan vasküler endotel büyüme faktörü A (VEGF-A) ailesinin VEGFA165a üyesinin üretilmesini sağlayarak anti-anjiyogeneze sebep olduğu görülmüştür. Bu nedenle tez çalışmasında, farklı etkilere sahip bu üç bileşenin konjugasyonu ile multimodal etkilere sahip bir nanokonjugat tasarlanmıştır. Karakterizasyon için Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografi (HPLC), Dinamik Işık Saçılımı (DLS), Transmisyon Elektron Mikroskopu (TEM) kullanılarak nanokonjugata ait boyut ve morfoloji tespit edilmiştir. Nanokonjugat 131/125I ile radyoişaretlenerek gama kameralar için, 89Zr ile radyoişaretlenerek ise PET görüntüleme için potansiyele sahip olması hedeflenmiştir. HPLC ve İnce Tabaka Radyokromatografi (TLRC) ile kalite kontrolleri yapılan radyoişaretli örneklerle stabilite ve lipofilite çalışmaları yapılmış ve PC3, LNCaP ve RWPE-1 hücreleri ile hücre çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Hücre çalışmaları kapsamında sitotoksisite, hücre tutulum, fotodinamik terapi/radyoterapi simulasyonu ve ELISA gerçekleştirilmiştir. Hücre çalışmaları verileri doğrultusunda, immün sistemi baskılanmış hayvanlar ile PC3 ve LNCaP ksenograft tümör modelleri geliştirilmiş ve 89Zr radyoişaretli nanokonjugat enjekte edilen erkek fareler ile PET çekimleri yapılmıştır. 
Çalışmalar sonucunda sentezlenen Pt-TiO2-Spx nanokonjugatının PC3 ve LNCaP hücrelerinde canlılık oranını azalttığı gözlemlenmiştir. Nanokonjugatın prostat kanser hücrelerinde toksisite gösterirken sağlıklı hücrelere etki etmemesi, Spx bileşiğinin kanser hücrelerindeki Serin Arginin Protein Kinaz (SRPK) inhibisyonu mekanizması ile açıklanmaktadır. Bu sonuç Atomik Güç Mikroskopu (AFM) görüntüleriyle görsel olarak da desteklenmiştir. Bu SRpK inhibisyonu kanser hücrelerine has bir durum olduğu için, nanokonjugat kanser hücrelerine seçici hale getirilmiştir. Hücre tutulum sonuçları da toksisite sonuçları ile paralel bir şekildedir, 131/125I ve 89Zr ile radyoişaretli nanokonjugat PC3 ve LNCaP hücreleri tarafından yüksek oranda tutulurken, RWPE-1 hücrelerine afinite göstermemektedir. Fotodinamik terapi/radyoterapi simülasyon çalışmaları sonucuna göre; nanokonjugatın prostat kanser hücrelerinde, ışık ile uyarıldığında radyasyon hasarını arttırdığı ve artan hasar sonucu hücre ölümünün de arttığı görülmüştür. Sağlıklı prostat hücresi olan RWPE-1'de ise canlılık oranının prostat kanseri hücrelerine göre yüksek olduğu görülmüştür. Bu durum, in vivo uygulamalarında hedef/hedef olmayan doku oranı açısından oldukça önem teşkil etmektedir. ELISA çalışmaları sonucuna göre nanokonjugat uygulandıktan sonra hücrelerin metabolik atıklarını içeren besiyerindeki VEGF165' in anti-anjiyogenik formu olan VEGF165b oranının arttığı, bu durumun nanokonjugatin konjugasyon sonrası da anti-anjiyogenez özelliğini kaybetmediğini göstermiştir. Hayvan çalışmaları sonucunda, 89Zr- Pt-TiO2-Spx nanokonjugatının LNCaP' a kıyasla PC3 ksenograft tümör modelinde daha çok etki ettiği ve hayati organlarda tutulum görülmediği gözlemlenmiştir.
Elde edilen in vitro ve in vivo veriler, tasarlanan Pt-TiO2-Spx nanokonjugatının 131/125I ve 89Zr ile radyoişaretlenerek, prostat kanseri multimodal teşhis ve tedavisi için özellikle hedef/hedef olmayan doku oranı açısından güçlü bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymuştur.
Anahtar sözcükler: Platin, titanyumdioksit, SPHINX, prostat kanseri, 131/125Iyot, 89Zirkonyum, Fotodinamik terapi/Radyoterapi, Ksenograft tümör modeli.

Abstract:
Prostate cancer is a common disease in men and the leading cause of cancer death. Risk factors; age, ethnicity, family, genetics and other environmental factors. Rectal examination, Trans-Rectal ultrasound and Prostate Specific Antigen (PSA) test are used to diagnosis of prostate cancer. Surgery (radical prostatectomy), external radiotherapy, brachytherapy, high intensity focused ultrasound (HIFU), cryotherapy, chemotherapy and hormone therapy are used in the treatment of prostate cancer. However, with the widespread use of nanoscience in healthcare as in many other areas, its importance for cancer research is increasing. Nanoparticles, in particular the noble metal, have significant advantages due to their optical and electronic effects. Platinum nanoparticles are highly suitable for diagnosis and treatment due to their intrinsic catalytic properties and optical properties. Titanium nanoparticles are considered as ideal semiconductors for photocatalysis due to their high stability, low cost and environmental reliability. Especially when used as a composite, it has been found that they have a stronger effect than they are alone, by creating a synergistic effect. However, it has been found that SPHINX compound causes anti-angiogenesis by producing VEGFA165a member of the family of vascular endothelial growth factor A (VEGF-A), which plays a key role as angiogenic factor in the formation of new blood vessels (angiogenesis). Therefore, a multimodal nanoconjugate was designed with conjugation of these three components which have different effects. For characterization, size and morphology were determined using HPLC, DLS, TEM. Nanoconjugate was radiolabeled with 131/125I for gamma cameras and radiolabeled with 89Zr for PET imaging. The quality control of radiolabeling was performed HPLC and TLRC then stability and lipophilicity studies were done. Cell studies were started with PC3, LNCaP and RWPE-1 cells. Cytotoxicity, cell uptake, photodynamic therapy / radiotherapy simulation and ELISA  studies were performed. PC3 and LNCaP xenograft models were developed with immunocompromised animals and PET imaging were performed with 89Zr radiolabeled nanoconjugate by injecting to mice according to the data obtained from cell studies.
As a result of these studies, synthesized Pt-TiO2-Spx nanoconjugate has been reduced the viability of PC3 and LNCaP cells. While nanoconjugate shows toxicity in prostate cancer cells, it does not affect normal cells, it can be explained by the information that Spx works on the mechanism of SRPK inhibition in cancer cells.  This result was also visually supported by AFM images. The nanoconjugate has been made selective to cancer cells because of this mechanism belongs to cancer cells. The cell uptake results are also in parallel with the cytotoxicity results; 131/125I and 89Zr radiolabelled nanoconjugate was being highly uptaken by PC3 and LNCaP cells, although there was no affinity to RWPE-1 cells. According to the results of photodynamic therapy / radiotherapy simulation; nanoconjugate increased radiation damage in prostate cancer cells when excitated with light and increased cell death as a result of increased damage. The viability of RWPE-1 cells, was higher than prostate cancer cells. This is very important in terms of target / non-target tissue ratio in possible in vivo use of the nanoconjugate. According to the ELISA results, after the incubation with nanoconjugate, the ratio of VEGF165b, which is the anti-angiogenic form of VEGF165 in the cell medium containing the metabolic wastes of the cells, increased and this situation maintained the characteristic of anti-angiogenesis after conjugation. As a result of animal studies, it was observed that 89Zr-Pt-TiO2-Spx had more effect on PC3 xenograft tumor model compared to LNCaP and no uptaken was observed in vital organs.
The obtained in vitro and in vivo data demonstrated that the 131/125I and 89Zr radiolabeled Pt-TiO2-Spx nanoconjugate has a strong potential for multimodal diagnosis and treatment of prostate cancer, particularly in terms of target / non-target tissue ratio.
Keywords: Platinum, titanium dioxide, SPHINX, prostate cancer, 131/125Iodine, 89Zirconium, Fotodynamic therapy/Raiyotherapy, Xenograft tumor model.