Meme kanseri teşhisi için melanin modifiyeli anizotropik akışa sahip mikroakışkan cihaz ile dolaşımdaki tümör kaynaklı eksozomların izolasyonu
Isolation of circulating tumor-derived exosomes with a melanin-modified anisotropic flow microfluidic device for breast cancer diagnosis
- Tez No: 973321
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GİZEM KALELİ CAN, DR. BUĞRA AYAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Mikroçipler, Microchip
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İzmir Demokrasi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Ekstraselüler veziküller (EV), hücreden dış ortama salınan ve mikroRNA (miRNA), mesajcı RNA (mRNA), Deoksiriboz nükleik asit (DNA) ile protein gibi hücreye özgü biyomolekülleri içeren lipid çift tabakalı nano yapıdaki veziküllerdir. Eksozomlar ise tüm hücre tipleri tarafından salınabilen ve çapları genellikle 30 ila 100 nm aralığında değişen en küçük ekstraselüler vezikül alt grubunu temsil etmektedir. Eksozomlar, bol miktarda proteomik ve genetik bilgi içerir. Tümör kaynaklı eksozomlar, erken evre kanser teşhis, tümör prognozu izleme ve bireysel tıbbi tedavi için umut verici biyobelirteçler olarak kabul edilmiştir. Bununla birlikte, eksozomları tespit etmenin yanı sıra izole etmek için etkili yöntemlerin geliştirilmesi çözüm bulunması gereken önemli zorluklar içerisinde yer almaktadır. Tümör kaynaklı eksozomları izole etmek için yaygın bir şekilde ultrasantrifüj, ultrafiltrasyon, boyut dışlama kromatografisi gibi ölçüm yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde, ultrafiltrasyon, tıkanma ve vezikül tutulmasından zarar görebilir, bu da membranların ömrünün azalmasına ve düşük izolasyon verimliliğine yol açmaktadır. Eksozomlar ayrıca kendilerini zarlara bağlayabilmekte ve akış aşağı analizler için kullanılmakta bu sonuçların ışığında düşük verimlere ve bazen test sonuçlarının hatalı yorumlanmasına neden olabilmektedir. Diğer ölçüm yöntemleri özel ekipman ve uzun çalışma sürelerine ihtiyaç duyması sebebiyle yüksek yakalama verimliliği tabanlı uygulamalar için ölçeklenebilirliği sınırlanmaktadır. Bu nedenle, daha basit ve yüksek seçiciliğe sahip eksozom ayırma yöntemine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, spesifik olmayan eksozomların girişimini önlemek için, HER-2 tayinine yönelik trastuzumab biyoajanı tabanlı mikroakışkan sistem tasarımı hedeflenmektedir. Bu amaçla yüzey fonksiyonelleştirilmesi amacıyla, sürdürülebilir bir biyopolimer olan melanin nanoparçacık ile modifiye edilmiş mikroakışkan cihaz sayesinde eksozomları kolay uygulanabilir ve hızlı bir izolasyon protokolü geliştirilecektir. Bahsi geçen mikroakışkan cihaz, melanin nanoparçacıklarının yüzey yük polaritesi ve mikrokanallardaki çözeltinin pH değerine bağlı olarak basitçe ayarlanabilmektedir. Eksozom dış yüzeyinde bulunan fosfolipid çift katmanlı yapının özellikleri ve negatif yüklü fosfat grubu sebebiyle, melanin nanoparçacıklarının pH'a bağlı yüzey yükündeki değişiklik yardımıyla eksozomların kontrollü bir şekilde yakalanması ve salınması ile sonuçlanabilir. Ayrıca, HER2'ye spesifik trastuzumab ile dekore edilmiş melanin nanoparçacıkları ile aktifleştirilmiş mikroakışkan cihazın hedef molekülü yüksek seçicilikle yakalayacağı düşünülmektedir.Bu çalışmada, seçilen nanomalzemelerin yanı sıra eksozomların spesifik antikorlara (trastuzumab) bağlanmasını artırmak için etkili bir anizotropik akış oluşturmak amacıyla balıksırtı desenli mikrokanallar üretilecektir. Temel strateji, sirkülasyondaki eksozomların basit bir şekilde yakalanmasını/serbest bırakılmasını sağlamak için melanin elektrostatik adsorpsiyonunu, trastuzumab ile seçici etkileşimi ve mikroakışkan anizotropik akış kontrolünü sinerjik olarak bütünleştirmek üzerinedir. Üretilen mikroçip kullanarak, geleneksel ultrasantrifüj yöntemleri için imkânsız olan, 15 dakika içinde spesifik eksozom ayırma ve yüksek RNA geri kazanım oranı ile eser miktarda bulunan numunelerden (10 µl) eksozomları izole edilebilmesi sağlanacaktır. Bu çalışmada önerilen yöntemin yaygın olarak kullanılan radyoaktif mamografi ve invaziv meme ponksiyonuna kıyasla meme kanserinin erken teşhisi için ucuz, hızlı ve invaziv olmayan bir alternatifi olacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Extracellular vesicles (EVs) are lipid bilayer nanovesicles secreted from the cell into the extracellular environment, carrying cell-specific biomolecules such as microRNA (miRNA), messenger RNA (mRNA), DNA, and proteins. Exosomes represent the smallest subgroup of extracellular vesicles, with diameters typically ranging from 30 to 100 nm, and can be secreted by all cell types. Exosomes contain a large amount of proteomic and genetic information. Tumor-derived exosomes have been recognized as promising biomarkers for early-stage cancer diagnosis, tumor prognosis monitoring, and personalized medical treatment. However, in addition to detecting exosomes, the development of effective methods for their isolation remains one of the major challenges to be addressed. Common methods used for isolating tumor-derived exosomes include ultracentrifugation, ultrafiltration, and size-exclusion chromatography. In these methods, ultrafiltration can suffer from clogging and vesicle retention, which leads to reduced membrane lifespan and low isolation efficiency. Exosomes can also bind to membranes and be used for downstream analyses, which in turn can result in low yields and sometimes misinterpretation of test results. Other measurement methods require specialized equipment and long processing times, which limits their scalability for applications based on high capture efficiency. Therefore, there is a need for a simpler and highly selective exosome separation method. In this study, the design of a microfluidic system based on trastuzumab bioreagent targeting HER-2 is aimed at preventing the interference of non-specific exosomes. For this purpose, a microfluidic device modified with melanin nanoparticles, a sustainable biopolymer, will be developed to achieve an easily applicable and rapid isolation protocol for exosomes through surface functionalization. The mentioned microfluidic device can be simply adjusted depending on the surface charge polarity of the melanin nanoparticles and the pH value of the solution in the microchannels.Due to the characteristics of the phospholipid bilayer structure present on the exosome surface and the negatively charged phosphate group, it can result in controlled capture and release of exosomes through the pH-dependent surface charge variation of the melanin nanoparticles. Furthermore, it is considered that the microfluidic device activated with melanin nanoparticles decorated with trastuzumab specific for HER2 will capture the target molecule with high selectivity. In this study, in addition to the selected nanomaterials, herringbone-patterned microchannels will be fabricated to create an effective anisotropic flow to increase the chance of exosomes binding to specific antibodies (trastuzumab). The main strategy is to synergistically integrate melanin electrostatic adsorption, selective interaction with trastuzumab, and microfluidic anisotropic flow control to enable simple capture/release of circulating exosomes. Using the fabricated microchip, it will be possible to isolate exosomes from trace samples (10 µl) within 15 minutes with specific exosome separation and high RNA recovery rate, which is impossible with conventional ultracentrifugation methods. The proposed method in this study is considered to be a cheap, rapid, and non-invasive alternative for early diagnosis of breast cancer compared to widely used radioactive mammography and invasive breast puncture.
Benzer Tezler
- Meme kanseri teşhisi ve alt tiplendirmesi için yeni bir dijital görüntü işleme tekniğinin geliştirilmesi
Development of a new image processing method for detection and subclassification of breast cancer
MARYA ELAŞTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAnkara ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İMAN ASKERBEYLİ
- MRI görüntüleri kullanılarak meme kanseri teşhisi için derin öğrenme yaklaşımı
Deep learning approach for breast cancer diagnosis using MRI images
OKAN İHSAN BAĞRIAÇIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiYapay Zeka Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM ÖNDER YENİÇERİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELİM YILMAZ
- Breast cancer diagnosis in histopathological images using autoencoder-enhanced convolutional neural network
Histopatolojik görüntülerde meme kanseri teşhisi için otokodlayıcı ile geliştirilmiş evrişimsel sinir ağı kullanımı
İSMAİL İÇME
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAMER ÖLMEZ
- Ninova eyaletindeki Iraklı kadınlarda BRCA1 ve BRCA2 genleri için genetik varvasyonun tespiti ile meme kanserinin erken teşhisi
Early diagnosis of breast cancer by detection of genetic variation for BRCA1 AND BRCA2 genes in the women's of Nineveh province
NADA SAAD OMAR AL-TAEE
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyolojiÇankırı Karatekin ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FİLİZ SARIKAYA PEKACAR
- Biopsy cost reduction for early diagnosis of breast cancer using hybrid deep learning techniques
Hibrit derin öğrenme teknikleri kullanılarak meme kanserinde erken teşhis için biyopsi maliyetinin düşürülmesi
PINAR USKANER HEPSAĞ
Doktora
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolÇukurova ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA AYŞE ÖZEL
PROF. DR. ADNAN YAZICI