Kozmetik, tıp, farmakoloji, biyoteknoloji gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılan peptitler, vücudun temel bileşenlerinden biri olan amino asitlerin belirli bir dizilime göre birleştirilmesi ile elde edilen zincirlerdir. Peptitlerin ticari ürünlerde kullanımına yönelik en önemli örnek, kozmetik ürünlerdir. Örneğin yaşlanma karşıtı madde olarak sayısız kozmetik üründe kullanılmaktadır. Cilt kırışıklığını düşürdüğü ispatlanmış olan pentapeptide-18, bu ürünlerin en temel bileşim maddelerinden biridir. Bu tür ticari ürünlerde yaygın olarak kullanılan peptitlerden bir tanesi de palmitoyl tripeptide'dir. Bu peptidin in vitro ve in vivo çalışmalar ile kolajen üretimini arttırdığı kanıtlanmıştır. Peptitlerin bir başka ticari kullanım alanı ise ilaç kimyasıdır; günümüzde FDA tarafından onaylanmış yaklaşık 160 tane peptit tabanlı onkolojik ilaç bulunmaktadır ve peptitlerin ilaç kimyasında kullanımı başta kanser olmak üzere her geçen gün artmaktadır. Örneğin, peptit tabanlı bir ilaç olan Buserelin, meme kanserinin tedavisinde kullanılmaktadır. Buna ek olarak, Goserelin ve Histrelin peptitleri hem meme kanseri hem de prostat kanserinde etkili olmaktadır. Peptitler aynı zamanda hastalıkların pozitron emisyon tomografi (PET) gibi yöntemler ile görüntülenmesinde de kullanılmaktadırlar. Bu konuda en popüler örnek, 80'li yıllarda Sandoz tarafından geliştirilen ve ticari ismi Octreoscan® olan peptittir ve nöroendokrin tümörlerin görüntülenmesini sağlamaktadır. Peptitlerin kullanım yaygınlığının sebepleri: 1. Amino asitler aynı zamanda vücudun yapı taşıdır ve vücut içerisindeki toksik özelliği çok düşüktür, 2. Hücrede yarattığı kirlilik düşük seviyededir, 3. Yan etkileri çok düşük ya da bulunmamaktadır. 4. Terapötik etkisi yüksektir. Peptit kullanılan ürünlerin çok sayıda olmasına rağmen ülkemizde peptitlerin üretimi son derece kısıtlıdır (faaliyette olan sadece bir start-up firması bulunmaktadır) ve ticari olarak kullanılan peptitlerin tamamına yakını ithal edilmektedir. Ayrıca peptit konusundaki bilgi eksikliği, ülkemizin biyoteknolojik açıdan bu kadar önemli olan bir konuda ilerleyememesine de neden olmaktadır. Bu boşluğu doldurmak için hali hazırda üniversite bünyesinde akademik çalışmalara yönelik olarak, küçük ölçekte üretilen peptitlerin, ticari boyutataşınmasını hedeflemekteyiz. Bu çerçevede sunduğumuz projenin amacı, öncelikli olarak tespit ettiğimiz onkoloji alanında kullanılmak üzere ilaç sektörünün peptit ihtiyacının yurtiçi kaynaklarla üretilmesini sağlamak ve teknolojik dışa bağımlılığımızı azaltmaktır.

Diyabet hastalığı sırasında gözüken biyofilm oluşumuna yönelik yeni bir tedavi geliştirilmesi

Günümüzde hesaplama için kullanılan von Neumann mimarisine sahip sistemlerin enerji verimliliğini artıramadığımızdan dolayı yoğun-veri-odaklı uygulamalarının başarımlarını artırmak ve ölçeklenebilirliğini sağlamak oldukça zor hale gelmiştir. Bu nedenle enerji verimliliği yüksek alternatif hesaplama yaklaşımlarına ve sistem tasarımlarına ihtiyaç vardır. Bu ihtiyaca yanıt verebilecek alternatifler arasında bulunan beyinden ilham alan nöromorfik sistemler, beyinde gerçekleşen hesaplama ilkelerini donanım üzerinde gerçekleştirmeyi amaçlar. Bir biyolojik beyin, yoğun hesaplamalı işlemleri yerine getirirken çok etkin olmakla beraber, çok az güce ihtiyaç duymaktadır; yaklaşık 100 milyar sinir hücresi ve 1000 trilyon sinaptik bağlantıyı kullanabilmek için yaklaşık 20 W güç harcar. Günümüzün son teknolojisi ile geliştirilen süper bilgisayarlar ise, benzer yoğunluktaki hesaplama işlemlerini yapabilmek için onlarca mega Watt güç tüketmek durumdadır. Bugüne kadar ortaya konan nöromorfik çalışmalar, biyolojik nöronların temel yapısal ve işlevsel özelliklerinden yola çıkarak benzer yapı ve işlevsel özellikleri donanım üzerinde gerçekleştirmek üzerine yoğunlaşmıştır. Bu yapısal ve işlevsel yaklaşım geleneksel hesaplama sistemlerine göre her ne kadar daha etkin işlevsel faydalar ve verimlilik sağlıyor olsa da özellikle enerji verimliliği açısından biyolojik sinir ağlarından hala binlerce kat daha fazla enerji harcamaktadırlar. Örnek olarak, IBM tarafından geliştirilen TrueNorth adındaki nöromorfik sistem 1 milyon yapay nöron ve 256 milyon yapay sinaptik bağlantı içermektedir. Yaklaşık 5.5 milyar transistör ile gerçekleştirilen bu sistem 70 miliwatt güç tüketmektedir. Bu veriler ışığında TrueNorth benzeri nöromorfik bir sistemi biyolojik beyin ölçeğinde gerçekleştirmiş olunsa (100 milyar nöron ve 1000 trilyon sinapsis içeren), beyinden yaklaşık 10,000 kat daha fazla güç tüketen bir sistem elde etmiş olunur. Buradan yola çıkarak beynin yüksek enerji verimli olmasının sadece yapısal özellikleri ile açıklanamayacağı söylenebilir. Bu nedenle enerji etkin yöntemler önermek için biyolojik sinir ağlarının yapısal seviyesinin de altından başlayarak, daha az soyutlama ile nörokimyasal süreçler seviyesinden başlayarak enerji verimliliğinin altında yatan süreçlerin irdelenmesi gerekmektedir. Özellikle beyinde enerji ihtiyacının en yüksek olduğu sinaptik iletişim ve esneklik (plastisite), öğrenme ve hafızaya ait temel nörokimyasal mekanizmalardır. Bu mekanizmaların nörokimyasal süreçlerin modellenmesi ile elde edilen alt seviye kavrayıştan yola çıkarak çok daha verimli nöromorfik sistemler gerçekleştirmek mümkün olacaktır. Hesaplamada enerji problemini çözmeye yönelik mevcut nöromorfik sistem araştırmalarında (beyin ile yapısal benzerliğin dışında) beyindeki nörokimyasal süreçlerden başlayarak uygulama seviyesine kadar enerji verimliliğine katkı sağlayan faktörleri bütüncül olarak irdeleyen, modelleyen ve donanım üzerinde gerçekleyen bir çalışma bulunmamaktadır. Bu projenin özgün değeri, beyindeki öğrenme ve hafızaya yönelik nörokimyasal süreçlerden esinlenerek enerji verimli yeni nöromorfik yöntem ve sistemlerin geliştirilmesine olanak tanımasıdır.

Kanser, hem dünyada hem de ülkemizde sebebi bilinen ölümler sıralamasında kardiyovasküler hastalıklardan sonra ikinci ölüm sebebi olması açısından önemli bir toplum sağlığı problemi haline gelmiştir. Kanser biyobelirteçlerinin yüksek hassasiyet ve seçicilikle tespit edilmesiyle kanser önlenebilmekte ve erken tanı konarak mortalite azalmaktadır. Biyosensörler, kanser teşhisi için daha uygun ve hızlı alternatifler sunarak kanser hücrelerinin salgıladığı ve sadece onlara özgül olan moleküllerin tespitinde kullanılabilmektedirler. Proje kapsamında, karaciğer kanserinin erken teşhisine yönelik antikor ve peptit tabanlı algılayıcı yüzeylerin geliştirilmesi ile düşük algılama limitlerinde (limit of detection, LOD) ve aynı anda çoklu protein esaslı-biyobelirteç tayininin yapılabildiği elektrokimyasal, optik ve piezoelektrik biyoalgılayıcı yüzeylerin geliştirilmesi amaçlanmaktadır.

Birçok ilacın terapötik etkinliği, klinik uygulamaların kullanımında büyük bir öneme sahiptir, çünkü yetersiz çözünürlükleri, agregasyona ve toksisiteye karşı termodinamik olarak dengesiz yapıları tedavi için kullanımını engelleyebilmektedir. Sulu bir ortamdaki birçok ilacın çözünürlük sınırı, ilaç stabilitesini artırabilen, lipozom içinde ilaç yükleyen hedef hücrelere ulaşabilen ve böylece yeterli dozaj almayı sağlayan ilaç salınım sistemleri hazırlanarak elde edilebilir. Hedef hücrelere ilaç salınımı, kanser tedavisinde büyük bir öneme sahiptir. Çünkü bu sistem güvenli düzeylerde tutulan normal dokulara zarar vermeden tümörü seçici olarak yok edebilir. Özellikle, floresan amfifilik peptit-polimer biyo-konjügatları; biyoteknoloji ve tıpta geniş kapsamlı uygulamalar için önemli potansiyellerinden dolayı büyük ilgi görmüştür. Aktif olarak incelenen ilaç salınım sistemlerinden biri de polimerik lipozomlardır. Lipid yüzeyinin; spesifik bölgeleri hedeflemek için peptitler, dolaşımdaki plazma ömürlerini arttırmak için polimer ve ilaç salınımının görüntülenebilmesi için floresan boya gibi spesifik ligandlarla modifiye edilerek amaca uygun olarak geliştirilebilir. Bu projenin amacı meme kanserine ve prostat kanseri PSMA’ya hedeflenebilen yeni polimerik lipozom yapılar tasarımı, sentezi ve karakterizyonudur. Bu çerçevede PEOX-DOPE konjugatını oluşturmak için, 5800 Da molekül ağırlıklı bir poli(2-oksazolin) (PEOX 5.8 kDa), dioleoilfosfatidiletanolamin (DOPE) ile modifiye edilecektir. Daha sonra, PEtOx-DOPE, meme kanseri tedavisi için peptit-18 ve prostat kanseri tedavisi için peptit-563 ile konjüge edilecektir. Bu sentezler için tiyol-en, bakır katalizli azid-alkin siklokatılma (CuAAC), Diels-Alder siklokatılma ve yaşayan katyonik halka açılma polimerizasyon reaksiyonları kullanılacaktır.

Moleküler görüntüleme, vücudun içinde moleküler ve hücresel pozisyonda görünen bir resim olarak tanımlanır. Hastalıkların tespitini, tanımlanmasını, tedaviye yanıtın değerlendirilmesini ve hastanın belirli ilaçlara yanıtının belirlenmesini sağlar. Hastalığa özgül moleküler problar veya kontrast ajanları kullanımı ile bu teknik hastalıklar erken dönemde teşhis edilebilmesini sağlar ve dolasıyla uygulanan tedavinin etkinliğini hızlı bir şekilde değerlendirmek mümkün olabilir. İşte tüm bu nedenlerden dolayı moleküler görüntüleme, birçok bozukluğu veya fizyolojik durumu teşhis etmek ve tedavi etmek için günümüzde yaygın olarak kullanılır. Görüntüleme tekniklerinde kullanılan kimyasal problar, iki ana bileşenden oluşur: belirli bir biyolojik işlemde bir biyolojik belirteç veya bir hedefle etkileşime giren hedefleme kısmı ve görüntüleme için bir sinyal üreten kısım. Bu tasarım içinde sinyal veren parçalar, hastalıklı dokunun görüntülenmesini sağlayan optik veya radyoaktif tabanlı sinyali üretirler. Ancak bu sinyal üreten moleküllerin sadece hastalıklı dokuyu bağlanıp görüntü üretmesi için bu molekülleri arzu edilen dokuya taşıyacak “taşıyıcı moleküllere” bağlanmaları gerekmektedir. Aksi durumda sinyal üreten moleküller vücut içerisine dağılmak suretiyle birçok dokuyu işaretler ve bu durum aslında hastalığın tespitine yönelik herhangi bir bilgi alınmasını engeller. Bu sunulan yüksek lisans projesinde inflamasyon odaklarının görüntülenmesinde kullanılacak yeni taşıyıcı moleküllerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Her ne kadar vücut içerisinde bir tepki olarak ortaya çıkıyor olsa da inflamasyon aslında çok daha önem taşımaktadır. Öyle ki, birçok kanser türünden bazı nörodejeneratif hastalıklara kadar birçok hastalığın nedenlerinden bir tanesi de vücut içerisinde oluşan inflamasyondur. Bu nedenden dolayı bu fizyolojik durumun görüntülenmesi bu hastalıkların tanısı ve bu hastalıkların biyokimyalarının daha iyi anlaşılması için büyük önem taşımaktadır. Bu nedenlerden dolayı sunulan bu çalışmada, vücut içerisinde iltihap odaklarının görüntülenmesinde kullanılacak yeni taşıyıcı moleküllerin geliştirilmesi hedeflenmektedir.

Tüm kanser türleri gibi akciğer kanseri de invazif veya invazif olmayan teknikler ile görüntülenmektedir. Pozitron emisyon tomografisi (PET/CT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi görüntüleme teknikleri invazif olmamaları nedeniyle tercih edilmemektedirler ve özellikle PET/CT akciğer kanserinde yüksek hassasiyet ile çalışır. Ancak bu tekniğin, akciğer kanserine olan özgüllüğü son derece kısıtlıdır. Bunun yanı sıra enflamasyonlar ve makrofajlarından dolayı PET/CT tekniği yanlış sonuçlar verebilmektedir. Dolasıyla akciğer kanserinin tam teşhisi ve hastalık evresinin anlaşılması için, PET ile görüntülemenin yanında bir de invazif bir teknik olan biyopsi gerekmektedir. Ancak biyopsi tekniği yüksek maliyetinin ötesinde, hasta sağlığı açısından aslında riskli bir işlem olduğu için tercih edilmemektedir. (i) Akciğer kanserinin teşhisinde biyopsi gerekliliğini azaltmak, (ii) PET-BT ile bu kanser türünü seçici bir şekilde görüntülemek ve (iii) kanser biyolojisinin diğer yönlerinin de incelenmesi, tümör biyolojisinin anlaşılması ve yeni ilaçların keşfedilmesinin önünü açmak için yeni PET-izleyicilerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu çerçevede sunuyor olduğumuz projenin amacı, enflamasyon ile kanser odağını ayırmada kullanılabilecek floresan işaretli anti bakteriyel peptitlerin sentezlenmesidir.

Günümüzde pek çok kanser tipi için gerek bilimsel literatür gerekse biyoinformatik veritabanlari kullanılarak bu biyobelirteçlerin saptanmasi mümkündür. Günümüz sağlık sektöründe onkolojik görüntüleme için kullanılan yöntemler arasinda yer alan positron emisyon tomografisi – bilgisayarlı tomografi (PET-BT), anatomik bilgiler ile organ ve dokuların metabolik ve fonksiyonel durumlarını örtüştüren en gelişmiş teknolojidir. Bu teknolojinin kullanim yelpazesi ise patolojik alanlari özgül ve hassas sekilde işaretleyebilecek ajanlarin azlığı nedeniyle sınırli kalmaktadir. Önerilen projede, özellikle non-hematopoetik solid tümörlerin görüntülenmesinde konvansiyonel PET ajanlarına alternatif oluşturabilecek, hücresel ve moleküler düzeyde özgüllüğe sahip görüntüleme ajanlarının geliştirilmesi ve fonksiyonelliğinin sınanması planlanmıştır. Tümör mikroçevresinde yer alan immün ve stromal hücrelere ait özgül biyobelirteçlere yüksek seçicilik ve ilgi ile bağlanabilen radyonüklid-işaretli moleküllerin (peptit, peptidomimetik veya küçük organik molekül) tasarlanması ve üretilmesi amaçlanmaktadır.

ÖN SÖZ Proje çalışmasında, enfeksiyon ve kanser odaklarının ayırıcı tanısı için invazif girişim gerekliliğini azaltacak hedefe yönelik PET-BT görüntüleme ajanlarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla immün sistem tarafından üretilen moleküllerin enfeksiyöz mikroorganizmalara olan özgüllüğünden yararlanılması planlanmıştır. Projede, literatür doğrultusunda hedefe uygun olabilecek peptit ve peptidomimetik moleküllerin taranması ve bu doğrultuda tespit edilen yapıların in-silico yöntemlerle hedefe daha uygun türevlerinin oluşturulması ve tespit edilen moleküllerin serum stabilitelerinin belirlenmesi, serum stabilitesi iyi çıkan moleküllerin in-vitro ortamda hedefleme başarılarının tespit edilmesi, hedeflemede başarılı moleküllerin sentezlerinin yapılması ve görüntülemeye uygun hale getirilmesi hedeflendi. Bu kapsamda, mikroorganizmalara yüksek afinite ile bağlanabilen anti-mikrobiyal özellikteki peptit aileleri araştırıldı. İlgili amino asit dizilerinin yapısal ve kimyasal özellikleri değerlendirildi ve peptitlerin hedefe bağlanmasını sağlayan aktif bölgeleri belirlenerek, en küçük moleküler ağırlığa veya uzunluğa sahip aktivite gösteren birimleri taşıyan türevleri tasarlandı. Bu özellikleri in silico analizler ile kontrol edildi. Tasarlanan peptit türevlerinin boyut, polarite, amfifilik özellik, pH, izoelektrik nokta, net yük, proteolitik enzimler tarafından tanınma bölgeleri içerip içermediklerine dair analizler yapıldı. Ayrıca, bu moleküllerin in vivo ortamda stabilitelerinin artırılmasını sağlayacak yeni özelliklerin kazandırılması amacıyla yapısal modifikasyonların yapılması ve yine in silico analizler ile bağlanma aktivitelerinin kontrolü yapıldı.

Peptit nükleik asitler (kısaca PNA), yapısal açıdan DNA’yı taklit eden moleküllerdir. Bu yapıların temel kullanım alanı herhangi bir DNA dizisini seçici bir şekilde tanıyıp, bağlanabilmeleridir. Ancak bu bağlanma şeklinde ilginç olan, üzerinde dört değişik baz taşıyan dizilerin (yani karışık dizilerin) bağlanması için zincir üzerinde asimetrik bir merkez zorunlu iken timin taşıyan dizilerin bağlanması için bu asimetrik merkezlerin zorunlu olmamasıdır. Bu çerçevede projenin amacı, timin bulunduran zincirler ile karışık dizili PNA zincirlerinin sentezlenmesi ve bu zincirlerin DNA’ya bağlanma termodiklerinin izotermal kalorimetri yöntemi ile incelenmesidir. Böylelikle zincir üzerindeki asimetrik merkezlerin PNA-DNA bağlanma termokimyası üzerine olan etkileri belirlenmiş olacaktır.

Proje kapsamında, uzunluk, dizilim, türevlendirme gibi özellikleri açısından farklı olan PNA’lar sentezlenecektir. Bu PNA’ların sarmal karakterleri SD spektroskopisi ve DNA üzerinde yarattkları yapısal değişiklikler viskosimeter ile incelenecektir. PNA’ların DNA ile üçlü-akın ve üçlü-yapı oluşturma termodinamikleri jel-elektroforesis ve ITC (isothermal calorimetry) yöntemleri ile belirlenecektir. Bu çalışmalar ile PNA uzunluğu, dizilimi ve bir baz sızma ajanı olan akridinin varlığının (i) PNA’nın ikincil yapısına, (ii) PNA bağlanması sonucu DNA çift sarmalının bozulmasına, (iii) üçlü yapı ve üçlü akın yapısının şekil ve oluşum termodinamiğine etkileri aydınlatılacaktır. Böylelikle, PNA’ların DNA’ya akın etmeleri ve DNA ile daha kararlı üçlü-yapı oluşturmak için gerekli yapısal özellikleri ortaya konacaktır.