Kısa, orta ve uzun dönem kan şeker ölçümlerini eş zamanlı gerçekleştiren yeni bir ölçüm yöntemi geliştirilmesi
Developing a new measurement method that simultanious performs short, medium and long-term blood glucose measurements
Yazar: DUYGU ÜNER BAHAR
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM IŞILDAK ; DOÇ. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Diyabet metabolik bir hastalıktır ve hastalığa ait komplikasyonların ilerlemesini önlemek için düzenli glisemik kontrol gereklidir. Glisemik kontrol, günlük açlık şekeri ölçümleri ile veya glikozillenmiş proteinlerin ölçülmesi ile sağlanır. Ancak açlık şekeri ölçümleri, o anki glisemik düzeyi yansıtıp ortalama glikoz düzeyi hakkında bilgi vermemektedir. Glikolize-hemoglobin (HbA1c) ve fruktozamin gün içinde açlık-tokluk, egzersiz ya da kan glikozundaki geçici değişikliklerden etkilenmeden geriye dönük kan glikoz düzeyi hakkında bilgi veren önemli parametrelerdir. 
Son 30 yılda HbA1c için çok sayıda ölçüm yöntemi geliştirilmiştir. Bunlar HbA0 ile HbA1c arasındaki yük farkına dayalı HPLC ile yapılan kromatografik yöntemler, yapısal farka dayalı fenilboronik asit-HbA1c ilişkisine dayalı kromatografik yöntemler, antijen-antikor ilişkisine dayalı immünokimyasal testlerdir. Kromatografik yöntemlerde kullanılan yöntemler pahalı, çok sayıda ön prosedür ve profesyonel kullanıcı gerektiren yöntemlerdir. İmmunokimyasal testlerde ise lineer olmayan kalibrasyon eğrileri ve çok kolay bozulabilen ayıraçlar sorun oluşturmaktadır. 
Glisemik kontrolde kullanılan önemli bir diğer protein ise serum albüminidir. Serum albümini, HbA1c ölçümlerinin hemoglobin varyantlarından etkilendiği durumlarda, anemi veya böbrek yetmezliği durumlarında güvenilir olarak kullanılmaktadır. İnsan serum albumininin (HSA) kanda yarılanma ömrü 12-21 gün olduğu için g-HSA ölçümleri ile son 2-3 haftaya ait glikoz düzeyi ölçülebilmektedir. Bu ara ölçüm, henüz HbA1c yükselmeden önlem alınmasını sağlayabilmektedir. G-HSA ölçümünde kullanılan temel yöntemler boranat affinite kromatografisi, imünoassay teknikleri ve enzimatik yöntemlerdir. Son 15-20 yıl içerisindeki çalışmalar yoğun olarak glikozile albümin ve fruktozamin gibi 2-4 haftalık şeker düzeyini gösteren plazmadaki şeker belirteçleri üzerine yoğunlaşmıştır.
Bu çalışma glikoz, glikozile albümin ve glikozile hemoglobin ölçümünü aynı anda gerçekleştiren akış enjeksiyon analiz yöntemin geliştirilmesini konu almaktadır. Akış enjeksiyon analiz yöntemde, borat seçici sensör içeren bir deteksiyon bölmesi ve sınırlı ayırım sağlayan bir mini-kolon bulunmaktadır. Geliştirilen yöntem ile glikoz, glikozile albümin ve glikozile hemoglobinin eşzamanlı olarak ölçülmesi sağlanmaktadır.
Üç parametreyi birlikte ölçen bir yöntem veya cihaz literatürde bulunmamaktadır. Bu çalışma ile hedeflenen eşzamanlı ölçüm yöntemi; ekonomik ve basittir. Aynı zamanda ön işlem olarak sadece kan örneğinin santrifüj ve lizis yapılmasını gerektirmektedir. 
Çalışmada, uzun dönem glisemik kontrolleri için HbA1c'nin, orta dönem glisemik düzeyi için g-HSA'nın ve kısa dönem için anlık şeker ölçümlerinin aynı anda gerçekleştirildiği yeni bir akış enjeksiyon analiz yöntemi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda çalışmada; karbon nano tüp-gümüş borat (CNT-GB) temelli bir elektrot geliştirilmiş, durgun ve hareketli ortamda tekrarlı çalışması test edilmiştir. Diğer yandan geliştirdiğimiz elektrotun tüm karakterizasyon özellikleri tamamlanmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır. 
Glikoz, glikolize-albümin ve glikolize-hemoglobinin akış enjeksiyon sistemde mini bir ayırım kolonu ile kısmi ayırımlarının sağlanması ve yeni bir borat seçici sensörün akış enjeksiyon analiz sisteminde dedektör olarak kullanılması ile bu biyoanalitlerin eşzamanlı olarak analizlerinin kısa sürede gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda mini ayrım kolonuna yerleştirilmek üzere grafit oksit-aminofenil boronik asit (GO-APBA) bazlı kolon dolgu malzemesi sentezlenmiştir. Böylece santrifüj yapılan kan numunesindeki glikozile hemoglobin, glikozile albümin ve glikoz ayrımı sağlanması hedeflenmiştir.
Geliştirdiğimiz elektrot ile çalışan eşzamanlı analiz yöntemi sayesinde, muayenehaneler, sağlık ocakları, poliklinik ve otoanalizör bulunmayan hastanelerde glikoz, glikolize albümin ve glikolize hemoglobinin eşzamanlı olarak ölçülmesi amaçlanmıştır. Böylece geliştirilen sistemin kısa, orta ve uzun dönem kan şekeri hakkında hızlı bir şekilde bilgi vereceği düşünülmektedir. 
Anahtar kelimeler: Biyosensör, diyabetik teşhis, hba1c, fruktozamin, FIA.

Abstract:
Diabetes is a metabolic disease and regular glycemic control is necessary to prevent disease progression. Glycemic control is provided by daily fasting glucose measurements or by measurement of glycosylated proteins. However, fasting glucose measurements reflect the current glycemic level and do not give information about the mean glucose level. Glycolysis-hemoglobin (HbA1c) and fructosamine are important parameters that provide information about back-to-blood glucose,  exercising or blood glucose levels without being affected by temporary changes in blood glucose.
For the last 30 years, many measurement methods had been developed for HbA1c. These are chromatographic methods based on the difference of charge between HbA0 and HbA1c, chromatographic methods based on the relationship between phenylboronic acid-HbA1c based on structural difference, immunochemical tests based on the antigen-antibody relationship. Methods used in chromatographic methods are expensive, numerous pre-procedures and methods that require professional users. Non-linear calibration curves and very perishable reagents are problematic in immunochemical tests.
Another important protein used in glycemic control is serum albumin. Serum albumin is used reliably in cases where HbA1c measurements are affected by hemoglobin variants, anemia or renal failure. Since the half-life of human serum albumin (HSA) in the blood is 12 to 21 days, glucose level of the last 2-3 weeks can be measured by glycosylated HSA measurements. This interim measurement can help to prevent the HbA1c to rise. Boranate affinity chromatography, immunoassay techniques and enzymatic methods are the main methods used in glycosylated HSA measurement. Over the last 15 to 20 years, the studies have focused heavily on plasma sugar markers such as glycosylated-albumin and fructosamine that show sugar levels of 2 to 4 weeks. 
This study focuses on the development of the flow injection analysis method that simultaneously performs the measurement of glucose, glycosylated-albumin and glycosylated-hemoglobin HbA1c. In the flow injection analysis method, there is a detection chamber containing a borate selective sensor and a mini-column providing limited discrimination. Simultaneous measurement of glucose, glycosylated-albumin and glycated-hemoglobin is achieved by the method developed.
A method or device that measures three parameters together is absent in the literature. Simultaneous measurement method developed with this study; is economical and simple. Therewith, pretreatment requires only centrifugation and lysis of the blood sample.
The aim of the study was to develop a new flow injection analysis method for HbA1c for long-term glycemic control, where glycosylated albumin for medium-term glycemic level and instant sugar measurements for short-term are performed simultaneously. In this study; the silver borate-carbon nano tube based electrode has been developed, and the repetitive operation in a stagnant and mobile environment has been tested. On the other hand, all the characterization features of the electrode we developed are completed and positive results are obtained.
The aim of this study is to provide a partial separation of glucose, glycated-albumin and glycated-hemoglobin in the flow injection system with a minimization separation column and to get analyzes of bioanalytes in a short time by using a new borate-selective sensor as a detector in the flow injection analysis system. To this end, graphite oxide based column filler material was synthesized to be placed in the mini-separation column. With this, the blood sample of the centrifuged glycosylated hemoglobin, glycosylated-albumin and glucose separation is aimed. 
With the simultaneous analysis method that we developed, simultaneous measurements of glucose, glycosylated-albumin and glycated-hemoglobin can be carried out in clinics, health centers, polyclinics and hospitals that do not have autoanalysers. This will be enable to obtain the status of short, medium and long term blood glucose and diabetic condition fast and economically. 
Key words: Biosensor, diabetic diagnosis, hba1c, fructosamine, FIA.