Antikanser ilaç olan Capecitabine'nin dna ile etkileşiminin grafit tabanlı dna biyosensörleri ile elektrokimyasal tayini
Electrochemical determination of interraction between anticancert drug Capecitabine and dna by dna biosensors based on graphite
Yazar: DERYA KIZILOLUK
Danışman: PROF. DR. ŞENAY ÇETİNUS ; PROF. DR. KADRİYE ARZUM ERDEM GÜRSAN
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry

Özet:
Anti kanser ilaçların etki mekanizmalarının daha iyi anlaşılabilmesi için bu ilaçların DNA ile olan etkileşimlerinin biyosensörler ile tespit edilmesine yönelik çalışmalar son yıllarda ivme kazanmıştır. Çalışmamızda, anti kanser ilaç olan Capecitabine'in DNA ile etkileşmesi elektrokimyasal yöntemlerle; kalem grafit elektrot (PGE), karbon pasta elektrot (CPE), camsı karbon elektrot (GCE) kullanılarak incelendi. Capecitabine'nin Calfh Thymus'dan (ct) izole edilmiş tek sarmal ct DNA (ct ssDNA) ve çift sarmal ct DNA (ct dsDNA) ile elektrot yüzeyinde veya çözelti ortamındaki etkileşmesi ct-DNA'larda yer alan guanin bazının yükseltgenme sinyallerindeki değişimler takip edilerek incelendi. Diferansiyel puls voltametresinin kullanıldığı çalışmalarda elektrotlara immobilize edilen ct DNA'ların derişimleri, ct DNA ile etkileşen ilaç derişimi ve etkileşme zamanı gibi parametreler her bir elektrot için ayrı ayrı optimize edildi. Her bir grafit tabanlı çalışma elektrodu için tayin sınırları tespit edildi ve sonuçlar karşılaştırılarak elektrotların üstünlükleri tartışıldı. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi tekniği ile yapılan empedimetrik ölçümlerden de ct DNA'ların elektrot yüzeylerine immobilize olduğu teyit edildi. 

Grafit tabanlı çalışma elektrotlarının yüzeylerine ct dsDNA veya ct ssDNA immobilize edildikten sonra alınan voltamogramlarda DNA'nın elektroaktif bir grubu olan guanin bazının yükseltgenme sinyalinde aşamalı olarak artma olduğu, ancak capecitabine ile ct DNA'nın etkileşiminden sonra bu artışın aşamalı bir şekilde azalmaya döndüğü gözlendi. Guanin sinyallerindeki bu azalma, ilacın ct DNA ile olan etkileşiminin bir sonucu olarak açıklandı. Çalışmada yer alan grafit tabanlı indikatör elektrotların her biri için capecitabine ile hem ct ssDNA'nın hem de ct dsDNA'nın etkileşimleri ayrı ayrı incelendi ve beklenildiği gibi en kuvvetli etkileşimin tüm elektrotlarda ct ssDNA ile gerçekleştiği gözlendi. Her bir çalışma elektrodu için capecitabine derişimine karşı guanin sinyalleri esas alınarak kalibrasyon grafikleri çizildi ve tayin sınırları hesaplandı. En iyi tayin sınırı değeri gerek ct ssDNA gerekse ct ssDNA – capecitabine etkileşimi için kalem grafit elektrotlar ile elde edildi (ct ssDNA için 2,29 µg/mL, ct dsDNA için 4,93 µg/mL). Yapılan deneysel çalışmalar ve elde edilen sonuçlar neticesinde tek kullanımlık kalem grafit elektrotların bu tip çalışmalar için tekrarlanabilirliğinin daha iyi olması, daha düşük tayin sınırı ve ucuz olması gibi üstünlüklere sahip olduğu gözlendi.

Sonuç olarak yapılan çalışmanın, yeni sentezlenen ilaçların DNA ile olan etkileşim mekanizmalarının aydınlatılmasına ve üretimi yeni yapılacak olan ilaçların tasarımına fayda sağlayacağına inanılmaktadır.

Abstract:
Recently there has been an increasing interest in studying determination of interaction between anticancer drug and DNA by biosensor. In this our study it was investigated that the interaction between capecitabine which is an anti cancer drug and DNA by electrochemical methods using pencil graphite electrode (PGE), carbon paste electrode (CPE) and glassy carbon electrode (GCE). The interaction between capecitabine and the single stranded DNA (ssDNA) and double stranded DNA (dsDNA) obtained from calfh thymus (ct) was investigated by monitoring the differences of guanin oxidation currents taken in solution media and electrode's surfaces. In the study where used differential puls voltammetry, the parameters such as concentrations of ct DNA which immobilized to electrode's surface, drug concentration and interaction time were optimized for each electrode. Detection limit was estimated for each electrode based on graphite and the results were comprised with each other through advantages. It was confirmed that ct DNA had immobilized on electrode surfaces with impedimetric measurements using electrochemical impedance spectroscopy technique. 

In the voltammograms taken after ct dsDNA or ct ssDNA had immobilized on to the electrode surfaces, it was observed that oxidation current of guanine base (electroactive moiety of DNA) had increased step by step. However, in the case of that after interaction with capecitabine it converted to decrease. So it could be explain as the result of interaction between DNA and capecitabine. It was tested that interaction between capecitabine and ct dsDNA or ct ssDNA separately for each graphite based electrode used in this study and was clearly revealed that the best interactions were observed always for later one as estimated. The calibration graphs were plotted between the concentration of capecitabine and guanin oxidation current in order to determine the detection limits. The bets detection limit was estimated for pencil graphite electrode for both ct ssDNA and ct dsDNA (2, 29 µg/mL for ct-ssDNA and 4, 93 µg/mL for ct dsDNA). The results observed from all experiments showed that the PGE had many advantages such as better repeatability, low detection limit, cheap and being disposal. 

To sum up; determining the interaction mechanisms of newly synthesized substances with DNA will give beneficial results by designing newly produced drugs.