Biyomedikal uygulamalar için çok-işlevli demir oksit-gadolinyum borat kompozit nanoplatformların geliştirilmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve Nanotıp A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: OKAN İÇTEN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): BİRGÜL KARAN
Özet:Bu doktora çalışmasının ilk bölümünde, basit ve biyouyumlu inorganik kimyasallar kullanılarak ve bir hidrotermal yolla Fe3O4-GdBO3 nanokompozitleri hazırlandı. Bor kaynağı olarak boraks (BX) ve borik asit (BA), demir oksit olarak kaplanmamış ve PEG-lenmiş (polietilen glikol) magnetit (Fe3O4) ve Gd(III) kaynağı olarak Gd(NO3)3.6H2O kullanıldı. Elde edilen kompozitlerin özelliklerini metodoloji ile ilişkilendirmek amacıyla deneysel koşullar sistematik olarak değiştirildi. Fe3O4 üzerine GdBO3 kaplanmasıyla elde edilen ürünler X-Işını Kırınımı (XRD), Fourier Dönüşümlü İnfrared Spektroskopisi (FT-IR),Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dispersif X- Işını Spektroskopisi (EDS), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM), Termogravimetrik Analiz (TGA) ve manyetizasyon ölçümleri ile karakterize edildi. Toz XRD desenleri, Fe3O4 ve GdBO3 yansımaları ile örtüşen iki-fazlı kompozitlerin oluştuğunu gösterdi. BX veya BA kullanımı, kaplanmamış veya PEG kaplanmış Fe3O4 kullanımı, reaktantların mol oranının değiştirilmesi ve pH gibi deneysel parametrelerin kaplanan borat yapısını, boyutunu, nanokompozit morfolojisini ve doyum manyetizasyon değerini etkilediği görüldü. Bor kaynağı olarak BA kullanıldığında vaterit tipi [Gd3(B3O9)], BX kullanıldığında ise triklinik GdBO3 içeren ve Gd/B mol oranı 1:1 olan borat fazları oluştu. Daha küçük ve düzgün kompozit yapılar elde etmek için PEG kaplı Fe3O4 nanoparçacıklarının daha elverişli bir destek malzemesi olduğu anlaşıldı. BX ile hazırlanan nanokompozitlerin TEM görüntülerinde; 20-40 nm büyüklüğünde magnetit nanoparçacıklarının gadolinyum borat bulutu ile çevrelendiği, BA ile hazırlanan nanokompozitlerin ise 100-150 nm boyutunda kübik şekilde parçacıklardan oluştuğu anlaşıldı. Hazırlanan Fe3O4-GdBO3 nanokompozitlerin hepsi, biyoteknoloji ve tıp uygulamaları için uygun olabilecek yumuşak ferromanyetik özellikler sergiledi. Uygulanan hidrotermal sentez tekniği; basitlik, verimlilik ve deney koşullarının ayarlanmasıyla kontrollü nanokompozit yapılarının hazırlanmasına izin veren avantajlı bir yöntem olarak değerlendirildi. İkinci bölüm, Fe3O4-GdBO3 nanokompozitlerinin biyo-işlevlendirilmesini içermektedir. Biyo-konjugasyon işlemi (i) sitrik asit (CA) ve (ii) Floresein izotiyosiyanat katkılanmış silika (FITC-SiO2) ve ardından folik asit (FA) ile gerçekleştirildi. Çeşitli nitel ve nicel analiz teknikleriyle (X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi / XPS, SEM, TEM, İndüktif Eşleşmiş Plazma-Optik Emisyon Spektroskopisi / ICP-OES) nanokompozitlerin başarılı bir şekilde işlevlendirildiği gösterildi. Hepsinin biyolojik uygulamalar için uygun yumuşak ferrromanyetik özelliğe ve zeta potansiyeline sahip olduğu bulundu. Biyokonjuge nanokompozitlerdeki ortalama 10B ve 157Gd içerikleri 1014 atom/μg olarak hesaplandı ve Gd/Fe mol oranlarının da 0.27-0.63 arasında değiştiği bulundu. Bu değerler; Fe3O4-GdBO3 nanokompozitlerinin BNCT, GdNCT ve kombine GdBNCT uygulamalarında kullanılabileceğini ve Gd/Fe oranının ayarlanabilir olması ile aynı zamanda multi-modal MRI (T1, T+T2) ajanı olarak da kullanılabileceklerini gösterdi. Son olarak; bu parçacıkların biyouyumluluğu ve NCT/MRI uygulamalarındaki olası kullanılabilirliğini incelemek için, in vitro hücre çalışmaları yapıldı. MIA-Pa-CA-2 hücreleriyle yapılan akış sitometre çalışmaları, nanokompozit parçacıklarının doza bağlı olarak kanserli hücreler tarafından alımının arttığını gösterdi. Nokta-alan analizleri, 10 μg/mL konsantrasyondaki nanokompozit örnekleri ile inkübasyon sonucunda tüm parçacıkların hücre içine girdiğini; 1 μg/mL konsantrasyon ile floresans gözlenmeye başladığını ve 10 μg/mL ile inkübasyon sonucunda oldukça net floresans görüntüleme yapıldığını gösterdi. 1015 tane 10B ve 157Gd atomu içeren 10 g FA-konjuge nanokompozit örneğinin 0.125x106 tane kanser hücresiyle etkileştiği, bu değerin BNCT ve GdNCT için istenen değerin on kat fazlası olduğu ve aynı zamanda GdBNCT için de uygun bir Gd/10B oranının sağlandığı anlaşıldı. Bu çalışmada hazırlanan yeni nesil biyo-işlevlendirilmiş Fe3O4–GdBO3 kompozit nanoplatformlarının, "manyetik hedefli tedavi, floresan görüntüleme, manyetik rezonans görüntüleme, nötron yakalama tedavisi" gibi potansiyel teranostik uygulamalar için uygun kapasitede oldukları gösterilmiştir.