Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Yıldız E. (Yürütücü), Karatay A. , Boyacıoğlu B. , Yılmazer aktuna A. , Sözmen F., Yabaş E.
Kanser fototeranostik uygulamaları için altın nanopartikülleri organik boyalarla birleştiren yeni nesil nanokompozitlerin araştırılması oldukça umut verici ve yenilikçi bir araştırma alanıdır. Bu disiplinler arası yaklaşım, hem kanser teşhisi hem de tedavi stratejilerinin ilerletilmesinde büyük bir potansiyele sahiptir. Metal nanoparçacıkların ve organik boyaların benzersiz özelliklerini sinerji haline getiren bu nanokompozitler, hem görüntüleme hem de tedavi için çift amaçlı bir platform sunmaktadır. Metal nanopartiküller, ışığı ısıya dönüştürerek etkili fototermal ajanlar olarak hizmet edebilir ve bu da kanser hücrelerini seçici olarak hedeflemek ve ortadan kaldırmak için kullanılabilir. Öte yandan, organik boyalar kanser hücrelerinin hassas bir şekilde görüntülenmesi için floresan özellikleri sağlayarak erken teşhis ve tedavi etkinliğinin izlenmesine yardımcı olabilir. Özellikle, tedavi yöntemleri arasında fototermal terapi (PTT) ve fotodinamik terapi (PDT) gibi fototerapatik yaklaşımlar kanser tedavisinde yoğun olarak araştırılan yöntemlerin başında gelmektedir. PTT yöntemi, yakın kızıl ötesi ışıma altında fototermal ajan yapılar tarafından oluşturulan ısı ile kanser hücrelerinin yok edilmesi temeline dayanmaktadır. PDT yöntemi ise, ışığa duyarlı boya moleküllerinin uygun dalgaboylarında soğurma yaparak singlet oksijen (1O2) üretimi yöntemine dayanmaktadır. Bireysel PDT veya PTT'de elde edilen önemli başarılara rağmen, sinerjistik tedavi için biyogörüntüleme, PDT ve PTT'yi tek bir sistemde birleştirme konusunda artan bir ilgi vardır.
PTT yönteminde ajan olarak genellikle biyouyumlu, düşük tosisiteye sahip, yüksek fototermal dönüşüm verimliliği ve kararlılığı gösteren altın nanoparçacıklar (Au NP) kullanılmaktadır. Bu özelliklere ek olarak Au NP’ler yüzey plazmon rezonansı (SPR) nedeniyle görünür-yakın kırmızı bölgede (Vis-NIR) bölgede soğurma özelliği göstermektedir. Diğer taraftan, Au NP’lerin çeşitli organik kromoforlarla modifikasyonu ile elde edilen nanokompozit yapılarla biyogörüntüleme ve PDT uygulamaları için yapılan çalışmalar literatürde son derece sınırlıdır. Biyogörüntüleme uygulamaları için Au NP ve organik boyalarla oluşturulan kompozit yapılar, agregasyon ve elektron/enerji transferinden dolayı floresans sönümleme özelliği taşımaktadır. Bu sonuç nanokompozit yapının biyogörüntüleme uygulamasını ortadan kaldırmaktadır. Bu noktada boya molekülünün kaybettiği ışıma özelliğini kazandırmak amacıyla ikinci bir boya molekülünün yapıya kazandırılması fikri ortaya çıkmaktadır. Öyle ki eklenmesi planlanan ikinci molekülün seçimi hem Förster rezonans enerji transfer mekanizması (FRET) ile diğer moleküle floresans özelliği kazandırması hem de yapının PDT uygulamasına izin vermesi amacıyla moleküler mühendislik açısından son derece önemlidir. Sonuç olarak iki organik boya molekülünden birinin biyogörüntüleme amacıyla güçlü floresans özelliğine, diğerinin ise PDT için yüksek singlet oksijen kuantum verimliliğine sahip olması gerekmektedir. Tüm bu fotofiziksel özelliklerin altın matris üzerinde gerçekleştirilebilecek olması nanokompozit yapının aynı zamanda PTT uygulamasına da imkân tanıyacaktır. Diğer taraftan, proje kapsamında sentezlenmesi planlanan nanokompozit yapıların ışıkla etkileşimi ile oluşacak elektron/enerji aktarım dinamiklerinin biyogörüntüleme ve fototerapatik tedavi üzerine etkilerini ortaya koymak oldukça önemlidir. Ayrıca, yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) gibi gelişmiş teknikler sayesinde, Au NP’ler ve organik boyalar arasındaki karmaşık etkileşimler moleküler düzeyde derinlemesine anlaşılabilir. DFT çalışmaları, bu nanokompozitlerin elektronik yapısını, yük transfer mekanizmalarını ve potansiyel enerji yüzeylerini aydınlatarak fototermal ve görüntüleme performansları hakkında değerli bilgiler sağlayabilir. DFT yöntemi, bu nanokompozitlerin biyolojik ortamlardaki stabilitesini ve biyouyumluluğunu tahmin etmede yardımcı olabilir. Bu, canlı sistemlerde güvenli ve etkili bir şekilde uygulanmalarını sağlamak için gereklidir. Ayrıca, hesaplamalı simülasyonlar, istenen fototeranostik sonuçlara ulaşmak için nanoparçacık boyutu, yüzey işlevselleştirme ve boya yükleme gibi tasarım parametrelerinin optimize edilmesine yardımcı olabilir.
Sunulan projede, tümör dokunun ışıkla kontrol edilebilen teranostiği amacıyla ilk olarak Au NP’ler sentezlenecektir. Sentezlenen nanoparçacıklara, parçacıkların plazmonik özelliklerine uygun, ticari olarak satılan ve araştırma grubumuz tarafından fotofiziksel özellikleri araştırılmış BODIPY organik boya molekülleri bağlanarak yeni nanokompozit yapılar üretilecektir. Sentezlenen bileşiklerin ve nanokompozitlerin molekül içi/moleküller arası, kompozit yapı içerisinde elektron/enerji transfer dinamikleri, transfer hız sabitleri ve etkinlikleri ultrahızlı pompa-gözlem spektroskopi tekniği ile belirlenecektir. Nanokompozit yapılarda elektron/enerji aktarım dinamiklerinin invitro-invivo biyogörüntüleme ve fototerapik tedavi sonuçları ile ilişkileri ortaya konulacaktır.
Bu projenin özgünlüğü ve literatüre getireceği bilimsel katkılar aşağıda kısaca maddeler halinde verilmiştir:
• Tasarlanan bu nanokompozitler literatürde ilk defa sentezlenecektir. Nanokompozit yapıda FRET ve plazmon-molekül eşleşmesi arasındaki etkileşimler, artırılmış floresans ve singlet oksijen üretimi elde etmenin de anahtarı olacaktır. Böylece daha etkin PDT ve biyo görüntüleme özelliğine sahip nanokompozitler elde edilmiş olacaktır.
• Matris olarak altının kullanılması nanokompozitlere PTT özelliği de katacağından proje ile eşsiz teranostik nanokompozit yapıların geliştirilmesi planlanmaktadır. Böylelikle, belirtilen tanı ve tedavi uygulamaları tek bir nanokompozit yapı üzerinde gerçekleştirilebilecektir. Bu bakımlardan proje son derece özgündür.
• Kanser fototeranostiği için önerilen bu nanokompozit yapılarda elektron/enerji transfer dinamiklerinin invitro-invivo biyogörüntüleme ve fototerapik tedavi sonuçlarını nasıl etkilediği ortaya konularak literatürde çok önemli boşluğu dolduracak ve uygulamalı etkiniliği ortaya konulacaktır.
Farklı mühendislik disiplinlerinin bir araya gelerek kanser fototeranostik uygulamaları için altın nanopartikülleri organik boyalarla entegre eden nanokompozitlerin araştırılması, kanserle mücadelede son teknoloji bir yolu temsil etmektedir. Ülkemize en çok maliyet yükü getiren ve küresel pazarda rekabet avantajı sağlama potansiyeline sahip biyoteknolojik malzemelerin geliştirilmesi hedefine yönelik olarak sunulan bu proje metal esaslı biyomalzemelerin kanser teranostiğinde devrim yaratma potansiyeli sunmaktadır.