Bioinspired materials for regenerative medicine and drug delivery applications
Biyoesinlenilmiş malzemelerin rejeneratif tıp ve ilaç taşınımı alanlarında uygulamaları
- Tez No: 451167
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biyomühendislik, Biotechnology, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Doğanın düzeni ve kabiliyeti teknolojik gelişmeler açısından pek çok bilim alanına ilham vermiştir. Evrim esnasında doğada birçok zorluklar yaşanmış buna bağlı olarak gösterilen insanların yaptıklarına kıyasla çoğu alanda üstün olmuştur. Biyobenzetim veya biyoesinlenme, seçilen biyolojik modellerden fikir almayı içeren ve bu modelleri sağlık sorunlarının giderilmesi veya yeni aygıtların veya malzemelerin geliştirilmesi amacıyla kullanmayı hedefleyen bir alandır. Biyolojik sistemlerdeki bu geçiş etkili malzemelerin dizaynında ve doğanın adaptasyon stratejileri çerçevesinde farklı yapılar ve malzemeler tasarlamayı olanak kılar. Bu tezin ilk çalışmasında, nörodejeneratif hastalıkların tedavisi için kullanılabilinir yapı iskeleleri oluşturmak amacıyla, adamantil konjuge edilen ve laminin proteininden türetilmiş IKVAV peptit epitopu ile elektroeğirme yöntemi ile üretilmiş siklodekstrin nanofiberleri (SDNF) arasında konakçı- konuk etkileşiminden faydalanılmıştır. Elektroeğirme ile üretilmiş SDNF üç boyutlu bir biyo-uyumlu ortam sağlamasının yanısıra yüzeyinin biyoaktif epitop ile işlevselleştirilmiş olması PC-12 hücrelerinin nöral farklılaşmasını yönlendirmesini sağlar. SDNF nöral farklılaşma için fiziksel olarak belli bir yöne yönelme ile üretilmiştir. PC12 hücreleri hizalanmış ve IKVAV ile işlevselleştirilmiş SDNF üzerinde kültürlendiğinde nöral βIII tubulin ve sinaptofizin gen ifade seviyeleri önemli ölçüde artmıştır. Aynı zamanda rastgele olan ve herhangi bir peptit ile fonksiyonalize edilmemiş SDNF'lere göre hizalanmış ve IKVAV ile işlevselleştirilmiş SDNF'lerde kültürlenen PC-12 hücrelerinde nörit uzaması önemli ölçüde artmıştır. Çalışmadaki tüm sonuçlar hizalanma ve biyoaktif peptit epitopunun PC-12 hücrelerindeki nöral farklılaşmanın önemini vurgulamaktadır. İkinci çalışmada ise gemsitabin ilacının konrollü salınımı için peptit bazlı yeni bir system geliştirilmiştir. Gemsitabinin hızlı plazma bozulması, ilacın terapötik etkinliğinin azalmasına sebep olur. Aynı zamanda gemsitabinin hidrofilik yapısı enkapsülasyonunu ve etkili bir şekilde taşınması için zorluklar yaratarak düzgün olmayan bir salım profiline neden olur. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek amacıyla, gemsitabin Fmoc-Gly'ye konjuge edilmiş ve sonrasında peptit bazlı nanotaşıyıcı sisteme entegre edilerek hem ilaç konsantrasyonu terapötik aralık içinde tutulmuş hem de yan etkileri en aza indirgenmiştir. İlaç taşıyıcı sistem için iki farklı zıt yüklü amiloidden esinlenilmiş peptit (Fmoc-AIP) kullanılmıştır. Bu tez doku mühendisliği ve ilaç salınımı gibi farklı hücresel uygulamalar için ve fonksiyonel biyolojik tabanlı biyobenzetim veya biyoesinlenilme yolu ile dizayn edilmiş peptit bazlı malzemelerin önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
The structural organization and functional capabilities of natural materials have inspired many technological and scientific developments. Biological systems are under constant pressure for innovation due to the constraints imposed by natural selection, which has allowed various organisms to surmount engineering challenges in ways that can scarcely be matched by modern science. Biomimetics or bioinspiration is a field that focuses on the adaptation of engineering principles observed in biological models to fabricate materials capable of circumventing longstanding problems in fields such as energy and medicine. This transition from biological systems has facilitated the design of effective materials, structures or processes within the range of nature's adaptations and strategies. In the first study of this thesis, I describe the development of a bioactive scaffold composed of adamantyl-conjugated, laminin-derived bioactive IKVAV peptide molecules enmeshed in electrospun cyclodextrin nanofiber (CDNFs). Accordingly, host-guest interactions between adamantyl groups on peptide termini and cyclodextrin molecules on electrospun nanofiber surfaces were utilized to produce a composite material for the treatment of neurodegenerative disorders. Electrospun CDNFs provided a 3-dimensional environment conductive for the growth of PC12 cells and expressed functionalized bioactive epitopes on their surfaces to enhance the differentiation of neural progenitors. In addition, CDNFs further supported neural growth through their highly aligned mesh structure. Neural III tubulin and synaptophysin I gene expression levels significantly increased when PC12 cells were cultured on aligned and IKVAV-functionalized CDNFs. Neurite extension of PC12 cells also increased significantly when cultured on aligned and IKVAV-functionalized CDNFs when compared to random and unfunctionalized electrospun CDNFs. As such, these nanofibers are able to effectively induce the neural differentiation of PC-12 cells through the physical and biochemical signals provided by their structure and bioactive sequence. The second part of the present thesis focuses on the local delivery of gemcitabine, a cytotoxic cancer drug that is rapidly degraded in plasma and cannot be encapsulated in conventional delivery vesicles due to its highly hydrophobic nature. In order to overcome these limitations, gemcitabine was coupled with Fmoc-Gly and integrated into a peptide-based nanocarier system in order to control drug concentration within the therapeutic range and minimize the adverse effects. Two oppositely-charged amyloid inspired peptides (Fmoc-AIPs) were chosen as drug carrier systems. These molecules self assemble into nanofiber structures at physiological conditions through non-covalent interactions. Overall, the present thesis demonstrates the significance of peptide-based materials for the purpose of designing functional bioinspired/biomimetic materials for various cellular applications such as tissue engineering and drug delivery. The complexity of nature necessitates the design of biomaterials that can mimic the cellular microenvironment for the treatment of diseases, and further insight into natural processes will no doubt enhance our ability to overcome the engineering challenges presented by modern medicine.
Benzer Tezler
- Design and analysis of a novel buffer management model for reliable content dissemination
Güvenilir içerik dağıtımı için yeni bir ara bellek yönetim modelinin tasarım ve analizi
EMRAH AHİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MİNE ÇAĞLAR
YRD. DOÇ. DR. ÖZNUR ÖZKASAP
- Sıvı/sıvı arayüzeylerde protonla birleştirilen elektron transfer reaksiyonları
Proton coupled electron transfer reactions at the liquid/liquid interfarces
İMREN HATAY
- Biyolojik tabanlı eniyileme yöntemleri kullanılarak çoklu robotlar ile bilinmeyen bir ortamın gerçek zamanlı kimyasal gaz yoğunluğu haritalanması
Real-time chemical gas concentration map building of unknown environment by multiple mobile robots using bio-inspired algorithms
MİRBEK TURDUEV
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEYSEL GAZİ
- Bio-inspired design of a kinetic node for adaptable structures
Uyarlanabilir strüktürler için doğadan esinlenerek tasarlanan hareketli düğüm noktası
MELODİ SİMAY ACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Biyolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KORAY KORKMAZ
- Bio-inspired communication theories and techniques for next-generation networks
Gelecek nesil ağlar için biyolojik esinli iletişim teorileri ve teknikleri
BARIŞ ATAKAN
Doktora
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR B. AKAN