Sinoviyal eklem sıvısında fosfolipid zenginleştirme için monodispers-mezoporoz SiO2 metal oksit afinite kromatografisi (MOAC) sorbentinin geliştirilmesi
Development of monodisperse-mesoporous sio2 metal oxide affinity chromatography (MOAC) sorbent for phospholipid enrichment in synovial joint fluid
Yazar: SERHAT ALADAĞ
Danışman: PROF. DR. FEZA KORKUSUZ ; PROF. DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology

Özet:
Hastalıkların teşhisi, seyrinin izlenmesi ve tedavi etkinliğinin gözlemlenmesi tıp biliminin önde gelen odak noktaları arasında yer almıştır. Geleneksel yöntemler bu yönüyle erken müdahale imkânı açısından günümüz şartlarında yetersiz kalabilmektedir. Laboratuvar teknolojileri ve kromatografik yöntemlerdeki gelişmeler, klinik tabloların moleküler düzeyde incelenmesine olanak sağlamış; zaman, işgücü ve maliyet etkin alternatiflerin önünü açmıştır. Osteoartrit (OA) de dahil olmak üzere artropatilerin teşhisi, seyrinin izlenmesi ve tedavi etkinliğinin değerlendirilmesi genellikle hastayla gerçekleştirilen kalitatif parametrelere dayalı anketler aracılığıyla yapılmaktadır. Kantitatif karşılaştırmaların yapılabileceği analitik bir yöntemin geliştirilmesi, tedavi planlaması başta olmak üzere klinik süreçlere fayda sağlayacaktır. Sinoviyal eklem sıvısı (SES), eklem bölgesi için sürtünmeyi azaltan bir kayganlaştırıcı olmakla beraber, aynı zamanda kıkırdak ekstrasellüler matrisi ve vasküler dolaşım sırasında salınan moleküller için bir transfer ortamıdır. Sinovyum, menisküs, eklem bağı ve eklem kapsülü gibi yapılar, sinoviyal eklem sıvısına sekresyon yoluyla çeşitli belirteçleri eksprese eder. Kemik ve kıkırdak homeostazisi için yapım ve yıkım olayları sonucunda oluşan anabolitler ve katabolitler de SES'e difüze olur. Dolayısıyla SES'in etkileşime girdiği doku ve sistemlerde yaşanabilecek anormal bir durum, moleküler düzeyde sinoviyal eklem sıvısına da yansımaktadır.
Tez çalışması kapsamında SES içerisinde bulunan fosfolipidlerin (FL'ler) özgül ve seçici olarak tespitine yönelik bir mikroekstraksiyon sorbentinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla SiO2, SiO2@PEI ve SiO2@PEI@Ti(IV) aday sorbentler olarak belirlenmiştir. Önçalışmalar neticesinde SiO2 ile elde edilen sonuçların daha anlamlı olması sebebiyle deneysel çalışmalar monodispers-mezoporoz SiO2 mikrosferler ile gerçekleştirilmiştir. Monodipers-mezoporoz SiO2 mikroküreler, çok basamaklı hidroliz kondenzasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Mikrokürelerin karakteristik yapıları SEM, XPS, XRD, ICP-OES ve BET yöntemiyle incelenmiştir. Sinoviyal eklem sıvısı, eklem kıkırdağı ile ilişkili biyobelirteçleri içerdiğinden çalışmalar bu biyolojik materyal üzerinden gerçekleştirilmiştir. Sıvı-sıvı ekstraksiyon (SSE) yöntemiyle SES'ten ekstrakte edilen lipit fraksiyonu, monodispers-mezoporöz SiO2 mikrokürelerle etkileştirilerek fosfolipid zenginleştirme performansı açısından incelenmiştir. SSE sonrası katı faz ekstraksiyon (KFE) protokolü ile elde edilen fraksiyonda toplam 141 FL karakterize edilirken, konsantre ekstrakttan SSE sonrası elde edilen fraksiyonda tespit edilen FL sayısı 164 civarında bulunmuştur. Bu iki sayının birbirine yakın olması zenginleştirmenin başarılı olduğu ve FL'ler açısından seçici olduğunu göstermektedir. Ekstraksiyon verimliliği her iki yöntemle tespit edilen 44 ortak pik üzerinden değerlendirilmiştir. 
Sonuç olarak FL zenginleştirmesi, önerilen KFE protokolüyle başarıyla gerçekleştirilmiştir. Önerdiğimiz KFE protokolü ile SES'te gerçekleştirilen FL zenginleştirme işlemi sonucunda sorbentin FL zenginleştirmede başarılı olduğu ortaya konmuştur. Monodispers-mezoporöz SiO2 mikroküreler, SES örneklerinde FL'lerin seçici olarak zenginleştirilmesi için uygun bulunmuştur. Bu mikrokürelerin, OA'ya yönelik araştırmalar da dahil olmak üzere fizyolojik ve patolojik durumlarda FL değişikliklerini tanımlamak için kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Diagnosing diseases, monitoring their course and observing the effectiveness of treatment have been among the leading focuses of medical science. In this respect, traditional methods may be insufficient in today's conditions in terms of early intervention opportunities. Developments in laboratory technologies and chromatographic methods have enabled the examination of clinical pictures at the molecular level at the meantime paved the way for time, labor and cost effective alternatives. Diagnosis of arthropathies, including osteoarthritis (OA), monitoring their course and evaluating treatment effectiveness are usually done through qualitative parameter-based surveys conducted with the patient. Developing an analytical method where quantitative comparisons can be made will benefit clinical processes, especially treatment planning. Synovial joint fluid (SJF) is a friction-reducing lubricant for the joint region, but also a transfer medium for the cartilage extracellular matrix and molecules released during vascular circulation. Structures such as synovium, meniscus, joint ligament and joint capsule express various markers through secretion into the SJF. Anabolites and catabolites formed as a result of regeneration and degeneration events for bone and cartilage homeostasis also diffuse into the SJF. Therefore, an abnormal situation that may occur in the tissues and systems with which SJF interacts is also reflected in the synovial joint fluid at the molecular level.
Within the scope of the thesis, it was aimed to develop a microextraction sorbent for the specific and selective detection of phospholipids (PLs) in SJF. For this purpose, SiO2, SiO2@PEI and SiO2@PEI@Ti(IV) were determined as candidate sorbents. As a result of preliminary studies, experimental studies were carried out with monodisperse-mesoporous SiO2 microspheres, since the results obtained with SiO2 were more meaningful. Monodipers-mesoporous SiO2 microspheres were synthesized by multi-step hydrolysis condensation method. Characteristic structures of microspheres were examined by SEM, XPS, XRD, ICP-OES and BET methods. Since synovial joint fluid contains biomarkers associated with articular cartilage, studies were carried out on this biological material. The lipid fraction extracted from SJF by liquid-liquid extraction (LLE) method was examined in terms of phospholipid enrichment performance by interacting with monodisperse-mesoporous SiO2 microspheres. The lipid fraction extracted from SJF by LLE method was examined in terms of PL enrichment performance by interacting with monodisperse-mesoporous SiO2 microspheres. While 141 PLs were characterized in the fraction obtained with the solid phase extraction (SPE) protocol after LLE, the number of PLs detected in the fraction obtained after LLE from the concentrated extract was found to be around 164. These numbers are close to each other shows that the enrichment is successful and selective in terms of PLs. Extraction efficiency was evaluated based on 44 common peaks detected by both methods.
In conclusion, PL enrichment was successfully achieved with the proposed SPE protocol. As a result of the PL enrichment process carried out in SJF with the SPE protocol, it was demonstrated that the sorbent was successful in PL enrichment. Monodisperse-mesoporous SiO2 microspheres were found suitable for selective enrichment of PLs in SJF samples. It is concluded that these microspheres can be used to identify PL changes in physiological and pathological conditions, including OA researches.