Kanser terapisi için grafen temelli ilaç sisteminin geliştirilmesi
Development of graphene-based drug system for cancer therapy
Yazar: REYHAN YANIKOĞLU
Danışman: PROF. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Kanser günümüz dünyasında en çok görülen hastalıklardan biri olan ve insanlarda görülme sıklığı günden güne giderek artan bir hastalıktır. Kanser tedavisinde günümüzde kullanılmakta olan ve içlerinde en çok tercih edileni kemoterapi olmak üzere cerrahi operasyon, hormonoterapi, radyoterapi, immunoterapi ve antikor tedavisi gibi klasik tedavi yönetmeleri mevcuttur. Bu tedavi yöntemlerinin çeşitli zorlukları ve maddi manevi olumsuz etkilerinden dolayı araştırmacılar yeni tedavi yöntemleri için çalışmalara yoğunlaşmıştır.
Karbon nanomalzemeler son yıllarda özellikle ilaç salım sistemleri ve doku mühendisliği olmak üzere fen bilimlerinde kullanımı oldukça yaygınlaşan yapılardır. Karbon nanomalzemeler, eşsiz özelliklerinin çeşitli üretim yöntemleriyle ayarlanabilen yapıları sayesinde tercih edilen bir yapı haline gelmiştir. Bu bağlamda yapılan tez çalışmasında üretilen folik asit (FA) bağlı metotreksat (MTX) ve siklofosfamid (CP) yüklü grafen oksit (GO) nano boyutlu yapıları ilaç salım sistemi olarak kullanılmıştır.
Bu tez çalışmasında, Modifiye Hummers yöntemi ile, grafitten GO üretilmiştir. GO üretimini takiben MTX ve CP GO'e yüklenip FA bağlanmıştır. Üretilen ilaç salım sistemleri ve sistem bileşenleri, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), diferansiyel kalorimetrik analiz (DSC), taramalı elektron mikroskobu (SEM), transmisyon elektron mikroskobu (TEM), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM), zeta potansiyeli analizi ve dinamik ışık saçılımı (DLS) çalışmaları kullanılarak karakterize edilmiştir. Üretilen ilaç salım sistemlerinin kanser hücrelerinin üzerindeki biyomekanik özelliklerine etkisini incelemek için Akusto-holografik analiz yapılmıştır. Elde edilen verilere gore; üretilen CP/MTX/FA/GO'nun, üretilen CP/FA/GO ve MTX/FA/GO'ya göre önemli ölçüde daha yoğun bir 3B yapıya sahip olduğu bulunmuştur. FTIR ve DSC grafikleri, O2'nin grafitin oksidasyonu sonucu oluşan karboksilik, hidroksil, epoksit ve karbonil gruplarının oluşumuyla malzemeye bağlandığını, CP ve MTX'in de buna dahil olduğunu ve FA'nın GO'nun yapısıyla kimyasal olarak ilişkili olduğunu göstermiştir. Salım kinetiği değerlendirmesi olarak in vitro Franz difüzyon testi yapılmıştır. Higuchi modeli ve 0,9837 değeri, MTX ve CP yüklü GO/FA nanomalzemelerinin salınım kinetiğinin göstergesi olarak tanımlanmıştır. Salım mekanizmasındaki FA, sistemi hedef hücrelere yönlendirerek, sertlik analizlerinin de gösterdiği gibi ilacın hücresel girişini arttırmıştır. CP/MTX/FA/GO'nun, serbest MTX, serbest CP, MTX/FA/GO veVCP/FA/GO ile karşılaştırıldığında MDA-MB-231 meme kanseri hücre hattında daha büyük bir sitotoksik etkisi olduğu gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasındaki temel beklentiye göre, CP/MTX/FA/GO, hedeflenen terapide sinerjik etkiye sahip olması ve hedeflenen salınımı sağlaması nedeniyle MTX ve CP için umut vadeden bir potansiyel ilaç salım sistemine sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Cancer is one of the most common diseases in the world today and its incidence in humans is increasing day by day. There are classical treatment methods used in cancer treatment today, the most preferred of which is chemotherapy, surgery, hormonotherapy, radiotherapy, immunotherapy and antibody therapy. Due to the various difficulties and financial and moral negative effects of these treatment methods, researchers have concentrated on studies for new treatment methods.
Carbon nanomaterials are structures that have become increasingly used in science in recent years, especially in drug delivery systems and tissue engineering. Carbon nanomaterials have become a preferred structure due to their unique properties that can be adjusted by various production methods. In this context, folic acid (FA) bound methotrexate (MTX) and cyclophosphamide (CP) loaded graphene oxide (GO) nano-sized structures produced in the thesis study were used as drug delivery systems.
In this thesis, GO was produced from graphite by the Modified Hummers method. Following GO production, MTX and CP were loaded onto GO and FA was linked. The produced drug delivery systems and system components were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential calorimetric analysis (DSC), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), zeta potential analysis and dynamic light scattering (DLS) studies. Acousto-holographic analysis was performed to investigate the effect of the produced drug delivery systems on the biomechanical properties of cancer cells. According to the obtained data; it was found that the produced CP/MTX/FA/GO had a significantly denser 3D structure than the produced CP/FA/GO and MTX/FA/GO. FTIR and DSC graphs showed that O2 is bound to the material by the formation of carboxylic, hydroxyl, epoxide and carbonyl groups formed as a result of the oxidation of graphite, CP and MTX are also involved, and FA is chemically related to the structure of GO. In vitro Franz diffusion test was performed as release kinetics evaluation. The Higuchi model and the value of 0.9837 were identified as indicators of the release kinetics of MTX and CP-loaded GO/FA nanomaterials. FA in the release mechanism directed the system to target cells, increasing the cellular entry of the drug as shown by stiffness analyses. CP/MTX/FA/GO was observed to have a greater cytotoxic effect on the MDA-MB-231 breast cancer cell line compared to free MTX, free CP, MTX/FA/GO and CP/FA/GO. According to the basic expectation in this thesis study, CP/MTX/FA/GO has shown to be a promising potential drug delivery system for MTX and CP due to its synergistic effect in targeted therapy and targeted release.