BOR NÖTRON YAKALAMA TERAPİSİ İ İÇİN BOR İÇEREN POLİMERİK TAŞIYICI TASARIMI VE HÜCRE KÜLTÜRLERİNDE KULLANIMLARI
Download "BOR NÖTRON YAKALAMA TERAPİSİ İ İÇİN BOR İÇEREN POLİMERİK TAŞIYICI TASARIMI VE HÜCRE KÜLTÜRLERİNDE KULLANIMLARI"
1 TR BOR NÖTRON YAKALAMA TERAPİSİ İ İÇİN BOR İÇEREN POLİMERİK TAŞIYICI TASARIMI VE HÜCRE KÜLTÜRLERİNDE KULLANIMLARI DESIGN OF POLYMERIC CARRIER CONTAINING BORON FOR BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY AND ITS USE IN TISSUE CULTURES GÜLTEN KAHRAMAN Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetmeliğinin Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı İçin Öngördüğü DOKTORA TEZİ olarak hazırlanmıştır. 2004
2 Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğü'ne, Bu çalışma jürimiz tarafından KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI'nda DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Başkan Prof. Dr. Erhan BİŞKİN Üye Prof. Dr. Oktay BEŞKARDEŞ Üye Prof. Dr. Zakir M. O. RZAYEV Üye Prof. Dr. Menemşe GÜMÜŞDERELİOĞLU Üye Prof. Dr. Leyla ARAŞ ONAY Bu tez / / tarihinde Enstitü Yönetim Kurulunca belirlenen yukarıdaki jüri üyeleri tarafından kabul edilmiştir. / /2004 Prof. Dr. Ahmet ÖZDURAL FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRÜ
3 Sevgili Eşime ve Biricik Kızıma...
4 BOR NÖTRON YAKALAMA TERAPİSİ İÇİN BOR İÇEREN POLİMERİK TAŞIYICI TASARIMI VE HÜCRE KÜLTÜRLERİNDE KULLANIMLARI Gülten KAHRAMAN ÖZ Bu çalışmanın amacı, beyin tümörlerinin tedavi yöntemlerinden biri olarak araştırılmakta ve klinik uygulamaları olan "Bor Nötron Yakalama Tedavisi (BNCT)" 'de tümör hücrelerinin yok edilmesinde kullanılacak 10 B taşıyan ve tümör hücrelerine hedeflenmeyi sağlayacak polimerik bazlı yeni bir alternatif taşıyıcı sentezlemek ve bunun hücre kültürlerinde etkinliklerini araştırmaktır. Bu amaçla 10 B içeren vinilfenilborik asit (VFBA) ile maleik anhidrit (MAH) monomeri 65 C'de azot atmosferinde, dimetilformamid çözücü ortamında ve başlatıcı AIBN varlığında radikal kopolimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Biyouyumluluğu artırmak için sentezlenen poli(vfba-/co-ma) kopolimeri ile a-metoksi-co-hidroksi uçlu polietilenglikol (PEG) arasında esterleşme reaksiyonu gerçekleştirmiştir. Sentezlenen kopolimer ve PEG modifiye kopolimerlerin karakterizasyonu FTIR, 1 H-NMR, DSC, DTG ve XRD analizleriyle yapılmıştır. Analizler sonucunda PEG bağlanan kopolimerin yüksek termal kararlığı ve daha kristalin bir yapıya sahip olduğu gözlenmiştir. Bu gözlenen özellikler kopolimerizasyon ve esterleşme reaksiyonlarındaki H-bağı etkisi ve makrodallanmış yapının kendi kendini düzenleyen (self-regulating) supramolekül yapısının oluşmasıyla açıklanmıştır. Sentezlenen poli[(vfba-/co-ma)-gr-peg] makrokompleksinin hücre içine girişi sağlamak için (VFBA-/co-MA)-g-PEG makrokomplekse pozitif (+) yük kazandıracak Polietilenimin (PEI) bağlanmıştır. FTIR analiz sonucunda COO'.NH + kompleksinin oluştuğu gözlenmiştir. Floroseinle işaretlenen bu makrokompleksin HeLa hücreleriyle etkileştirilmesi sonucunda %7'lik verimle hücre içine aktarıldığı floresan mikroskopta çekilen fotoğraflarla gösterilmiştir. Hücre içerisine aktarılabilen bu poli(vfba-/co-ma)- g-peg/pel makrokompleks yapıya, tümör hücrelerinde seçici birikimi sağlayacak folik asit bağlanmıştır. HeLa ve fibroblast hücrelerini içeren hücre kültürü ortamına folik asit bağlı makrokompleksin aktarım deneyi sonucunda tümör hücrelerinde seçici birikimin sağlandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, farklı mol oranlarda folik asit bağlanan poli(vfba-/co-ma)-gf-peg/pei-fa makrokomplekslerinin HeLa hücre kültürü deneylerinde folik asit miktarının artmasının HeLa hücrelerine aktarım verimini
5 artırdığı gözlenmiştir. poli(vfba-/co-ma)-g-peg/pei-fa makrokompleksi %27 verimle HeLa hücrelerine aktarılmıştır. Anahtar Kelimeler: Vinilfenilborik asit(vfba), maleik anhidrit, radikal kopolimerleşme, polietilenglikol, polietilenimin, folik asit, HeLa, BNCT Danışman: Prof. Dr. Oktay BEŞKARDEŞ, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü Eş Danışman: Prof. Dr. Erhan BİŞKİN, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü ıı
6 DESIGN OF THE POLYMERIC CARRIER CONTAINING BORON FOR BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY AND ITS USE IN TISSUE CULTURES Gülten KAHRAMAN ABSTRACT The aim of this study is the synthesis of a new alternative boron containing polymer carrier to be used for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) (one of the treatment methods for brain tumours) and to investigate its use in cell cultures. First of all, B-containing copolymer were synthesized by complex-radical copolymerization of vinylphenylboronic acid and maleic anhydride with 2, 2- azobisisobutyronitrile as an initiator in DMF solvent at 65 C under nitrogen atmosphere. Macrobranched derivatives of these polymers were synthesized by the partial grafting with α-hydroxy, co-methoxy-poly(ethylene oxide). Characterization of Poly(VPBA-co-MA) and these macrobranched copolymers were performed by FTIR, 1 H NMR spectroscopy, X-Ray diffraction, DSC and TGA analyses. As a result of these analyses, it was observed that these macrobranched copolymers had a higher crystallinity and thermal stability than the copolymer. These properties of macrobranched copolymers are explained by self-organized H-bonding effect in radical copolymerization and grafting reactions and by the formation of selfassembled supramolecular architecture. The selected macrobranched copolymer was incorporated by poly(ethylene imine) in order to uptake to cell and thus, this synthesized macrocomplex copolymer [(VFBA-co-MA)-o/-PEG/PEI] was charged with positive charge. As a result of FTIR analysis, it was observed that COO".NH + complex was formed. After the cell culture experiment, it was observed that this macrocomplex copolymer labelled with fluorescein uptook to HeLa cells with 7 % efficiency. And then, folic acid was incorporated in [(VFBA-co-MA)-g-PEG/PEI] macrocomplex in order to provide selective targeting properties with tumour cells. As a result of the experiment of cell culture containing mixture of HeLa and fibroblast cell, it was observed that [(VFBA-co-MA)-g-PEG/PEI]-FA macrocomplex went towards to HeLa cells selectively by means of flouresence microscopy. Poly(VFBAco-MA)-gf-PEG/PEI-FA macrocomplexes containing folic acid at different mole ratios were synthesized. After cell culture experiment of these macrocomplexes, it was observed that uptake efficiency increased with increasing amount of folic acid and m
7 estimated that poly(vfba-co-ma)-g-peg/pei-fa macrocomplex uptook to HeLa cells with 27 % uptake efficiency. Keywords: Vinylphenylboronic acid, maleic anhydride, radical copolymerization polyethylene glycol, polyethylenimine, folic acid, HeLA, BNCT. Advisor: Prof. Dr. Oktay BEŞKARDEŞ, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering Co-advisor: Prof. Dr. Erhan BİŞKİN, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering. IV
8 TEŞEKKÜR Öncelikle danışman hocam Prof. Dr. Oktay Beşkardeş'e ve laboratuarında çalışma imkanı sağlayan ve beni yönlendiren ikinci danışmanım Prof. Dr. Erhan Bişkin'e, Engin polimer ve malzeme bilgisi ile çalışmamım her aşamasında bana büyük desteği olan Prof. Dr. Zakir M.O. Rzayev'e, Hücre kültürü çalışmalarımı Demirbilek'e, yapan ve yorumlayan Melisa Türkoğlu ve Murat Laboratuar'daki çalışmalarım esnasında bana her konuda yardımcı olan Kimya ve Biyomühendislik öğrencilerinden Güldem, Sevil, Ceyhun, Dilek, Emel, Yılser, Tolga, Filiz, Mustafa ve diğer arkadaşlara, Bazı bor analizlerimi yapan TAEK'na bağlı olan Ankara Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi, Nükleer Fizik Bölümü'ne ve Haluk Yücel'e ve MTA Genel Müdürlüğü, MAT Dairesi Başkanlığı elemanlarından arkadaşlarım Kimya Mühendisi Aydan Çalık ve Güldane Demirtaş'a, HeLa hücrelerini temin ettiğim Ankara Üniversitesi, Veterinerlik Fakültesi, Viroloji Bölümü hocalarından Prof. Dr. Aykut Özkul'a, Doktora tez çalışmalarımı rahat ve huzurlu bir ortamda yürütmemi sağlayan Türkiye Atom Enerjisi Kurumu'na, Teknoloji Dairesi Başkanlığı ve elemanlarına, Ve doktora çalışmam süresince her türlü destek olan ve sabır gösteren sevgili eşim Selahattin Kahraman'a, doktora çalışmalarımda başladığım ilk yıllardan beri doktora çalışmalarımla birlikte büyüyen kızım Ceren'e gösterdiği anlayıştan ve anneme ve babama yardımlarından dolayı, En içten Teşekkürlerimi sunarım. Sevgilerimle, Gülten KAHRAMAN Haziran 2004 v
9 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZ ABSTRACT TEŞEKKÜR İÇİNDEKİLER ŞEKİLLER DİZİNİ ÇİZELGELER DİZİNİ _Toc SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ i iii v vi ix xii xiii 1. GİRİŞ 1 2. TEMEL BİLGİLER Kanser ve Tedavi Yöntemleri Cerrahi Müdahale Kemoterapi Tedavisi Radyasyon Tedavisi Bor Nötron Yakalama Tedavisi Bor nötron yakalama tedavisinin temel prensibi Bor nötron yakalama tedavisinin tarihi ve gelişimi Bor nötron yakalama tedavisinde kullanılan borlu bileşikler Bor nötron yakalama tedavisinde kullanılan nötron kaynakları İlaç Taşınım Sistemleri ve Polimerik Bazlı İlaç Taşıyıcılar Miseller Lipozomlar Nano-ve mikropartiküller Hidrojeller Suda Çözünür Polimerler Akıllı polimerler 28 vı
10 Hedeflendirilmiş ilaç taşıyıcı sistemleri HÜCRE KÜLTÜRÜ Hücrelerin Pasajlanması ve Dondurularak Saklanması Hücre Tayin Yöntemleri Polietilenglikol Polietilenimin Folik Asit DENEYSEL ÇALIŞMALAR Kullanılan Kimyasallar Kopolimer ve Makrokomplekslerin Sentezi p-vinilfenilboronik asit (VFBA) ile maleik anhidrit (MAH) kopolimerlerinin sentezi VFBA-MAH kopolimerinin polietilenglikol (PEG) ile modifikasyonu (monoesterleşme) poli[(vfba-/co-mah)-g-peg] ile Poli(etilen imin) (PEI) arasında kompleks oluşturulması Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG/PEI makrokompleksine folik asit bağlanması Kopolimer ve PEI Bağlı Kopolimerlerinin Yük ve Partikül Boyutlarının Ölçülmesi Hücre Kültürü Çalışması poli(vfba-/co-mah)-g-peg/pei ve poli(vfba-/co-mah)-g-peg/pei-fa makrokomplekslerinin floroseinle işaretlenmesi HeLa Hücrelerine poli(vfba-fo-mah)-g-peg/pei ve poli(vfba-to-mah)- g-peg/peifa komplekslerinin aktarılması ve toksisitesinin belirlenmesi Sentezlenen Polimerler ve Makromoleküllerin Yapısal Analizleri SONUÇLAR VE TARTIŞILMASI VFBA ile MAH Kopolimerinin Karakterizasyonu Farklı besleme oranındaki kopolimerlerin sentezi 54 vıı
11 VFBA monomeri, VFBA homopolimeri ve VFBA-MAH kopolimerinin yapısal analiz sonuçlarının değerlendirilmesi Makrodallanmış Kopolimerler FTIR analizleri Termal davranışları ve kristaliniteleri Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG/PEIMakrokompleksi Poli(VFBA-/co-MAH)-gf-PEG/PEI Makrokompleksine FA Bağlanması Poli(VFBA-/co-MAH), Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG/PEI ve Poli(VFBA-/co- MAH)-g-PEG/PEI-FA Polimerlerinin Yüklerinin (9 Potansiyeli) Ölçülmesi HeLa Hücrelerine Poli(VFBA-/co-MAH)-gr-PEG/PEI ve Poli(VFBA-/co-MAH)- g-peg/pel-fa Komplekslerinin Aktarılması ve Toksisitesinin Belirlenmesi75 5. SONUÇLAR 80 KAYNAKLAR 84 EKLER DİZİNİ 90 EK-1. Polimerlerin Monomer Birimlerinin Oranlarının Hesaplanması 90 EK-2. İntrinsik Viskozite Değerinin Tayini 91 EK-3. X-lşını Toz Kırınım Analizinden Polimerlerin Kristallenme Derecelerinin Belirlenmesi 92 ÖZGEÇMİŞ 94 vııı
12 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil B nötron aktivasyonu ve aktivasyon sonucunda oluşan ürünlerin şematik gösterimi 9 Şekil 2.2. Kanser hücrelerindeki 10 B nötron aktivasyonu nun şematik gösterimi... 9 Şekil 2.3. Sodyum borat ve borik asit 12 Şekil 2.4. p-karboksifenilboronik asit (PCPB) ve 4-hidroksiborilfenilalanin(BPA). 12 Şekil 2.5. Dekahidrodekaborat, Bi 0 Hi 0 " 2 ve dodekahidrododekaborat, B-ı 2 Hi 2 ~ 2.13 Şekil 2.6. İkincil üretim merkaptobor bileşikleri: 1,1O-BioCİ8(SH) 2 " 2 ve B12H11SH" 2, merkaptodekahidrododekaborat, BSH 14 Şekil 2.7. Dikarba-closo-dedekaboranlar: sırasıyla 1,2-C 2 BioH 12 (orto): 1,7- C 2 B 10 H 12 (meta); 1,12-C 2 B 10 H 12 ( para) 16 Şekil 2.8. Karboran anyonları: closo-cbnbi 2 ' 1 ve nido-c 2 B 9 Hi 2 " 1 16 Şekil 2.9. İlaç taşıyıcı blok kopolimer miseller 21 Şekil İki çeşit lipozomun görünüşü: büyük çok tabakalı ve küçük tek tabakalı 22 Şekil Hidrojellerin şematik gösterimi 26 Şekil Uyarı-cevap Polimerleri (a) Çözeltide (b) Ara-yüzeyde ve (c) Hidrojel halinde 29 Şekil Akıllı polimer ile konjuge edilebilen doğal ve sentetik biyomoleküllerin şematik görünümü 33 Şekil Lineer ve dallanmış PEl'nin yapısı 42 Şekil Folik asitin yapısı 44 Şekil Vitamin hedefleyici ilaçların vitamin alıcılar tarafından hücre içine alınma mekanizması 44 Şekil 3.1. VFBA-MA kopolimeri ile PEG arasındaki esterleşme reaksiyonu 48 Şekil 4.1. VFBA-MAH kopolimer sentezinde kompleks ve radikal kopolimerleşmesinin genel şeması 54 Şekil 4.2. VFBA-MAH kopolimerinin intrinsik viskozite [Tj]in değerinin belirlenmesi 56 ıx
13 Şekil 4.3. Şekil 4.4. Şekil 4.5. Şekil 4.6. Şekil 4.7. Şekil 4.8. Şekil 4.9. Şekil Şekil Şekil Şekil VFBA monomeri, VBFA homopolimeri ve VFBA-MAH kopolimerinin FTIR spektrumları 57 VFBA homopolimerinin 1 H NMR Spektrumu 59 VFBA-MAH kopolimerinin 1 H NMR Spektrumu 59 VFBA monomeri, VFBA homopolimeri ve VFBA-MAH kopolimerinin DSC (1), TGA(2) ve DTG (3) grafikleri 62 VFBA monomerinin polimerleşme ve dehidratasyon prosesi 63 VFBA monomeri, poli(vfba) ve poli(vfba-/co-mah)'nin X-ışını toz kırınım analizi 65 Sentezlenen Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG makrodallanmış kopolimerdeki H-bağı etkileşimleri 66 Poli(VFBA-ko-MAH)-g-PEG-1 makrodallanmış kopolimerinin intrinsik viskozite [T)]in değerinin belirlenmesi 67 PEG bağlanmış VFBA-MAH kopolimerlerinin FT-IR spektrumu. (1) poli(vfba-/co-mah)-g-peg-1, (2) poli(vfba-/co-mah)-g-peg-2, (3) poli(vfba-/co-mah)-g-peg-3 68 Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG makrodallanmış kopolimerinin üç farklı PEG miktarındaki DSC eğrileri (1) % mol, (2) % ve (3) % Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG makrodallanmış kopolimerinin üç farklı PEG miktarındaki TGA-DTG eğrileri (1) % mol, (2) % ve (3)% Şekil Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG-1 (% mol) ve Poli(VFBA-/co- MAH)-g-PEG-2 (% mol) makrodallanmış kopolimerlerin X-lşını toz kırınım analizi 71 Şekil Sentezlenen Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG/PEI makrokompleksindeki H-bağı etkileşimleri 72 Şekil Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG/PEI (3), Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG (2) ve Poli(VFBA-/fo-MAH) (1) kopolimerlerinin FTIR spektrumlarının karşılaştırılması 73 Şekil Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG/PEI-FA makrokompleksinin FTIR spektrumunun Folik asit ve Poli(VFBA-/co-MAH)-g-PEG/PEI makrokompleksi ile karşılaştırılması 74 Şekil İşaretli poli(vfba-/co-mah)-g-peg/pei makrokompleksinin hücre içine aktarılması a) işaretli makrokompleksle transfekte edilmiş HeLa hücrelerinin ışık mikroskop fotoğrafı b) işaretli makrokompleksle x
14 transfekte edilmiş HeLa hücrelerinin floresan mikroskop fotoğrafı (Fotoğraflar 10x20 büyütmede çekilmiştir) 76 Şekil İşaretli poli(vfba-/co-mah)-g-peg/pei-fa makrokompleksinin HeLa-Fibroblast içeren hücre kültürü içine aktarılması a) ışık mikroskop fotoğrafı b) floresan mikroskop fotoğrafı (Fotoğraflar 10x20 büyütmede çekilmiştir) 77 Şekil FA:PEI mol oranı sırasıyla 0.5, 0.25, ve olan poli(vfba-/co-mah)-g-peg/pei-fa makrokomplekslerinin HeLa hücre kültürü içine aktarılması: ışık mikroskop fotoğrafları [a),c), e) ve g)] ve floresan mikroskop fotoğrafları [b), d), f) ve h)] (Fotoğraflar 10x20 büyütmede çekilmiştir) 78 XI
15 ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa No Çizelge 2.1. "Üçüncül Üretim" Bor Bileşiklerinin Sınıflandırılması 18 Çizelge 2.2. Doğal bazlı suda çözünür polimerler 28 Çizelge 2.3. Sentetik malzemelerden elde edilen suda çözünür polimerler 29 Çizelge 2.4. Çizelge 2.5. Doğal veya sentetik polimer sistemlerinde gerçekleşen keskin geçişler için bazı moleküler mekanizmalar 30 Sulu çözeltide LCST davranışı gösteren polimer ve yüzey aktif maddeler 31 Çizelge 2.6. Uyarı-cevap polimerleriyle konjugatları hazırlanabilecek biyolojik örnekler 32 Çizelge 2.7. Uyarı-cevap polimer-biyolojik molekül konjugatlarının uygulamalarına örnekler 34 Çizelge 2.8. Ligant-reseptör aracılı hedeflendirmede kullanılan bazı sistemler ve özellikleri 37 Çizelge 3.1. HeLa hücrelerinin kültür koşulları 50 Çizelge 4.1. Değişik mol besleme oranlarıyla sentezlenen VFBA-MAH kopolimerlerinin polimerizasyon verimi 55 Çizelge 4.2. VFBA-MAH kopolimeri için 1 H NMR spektrumundaki karakteristiklik pikler 60 Çizelge 4.3. VFBAhomo ve hopolimerin termal davranışı 64 Çizelge 4.4. PEG modifiye edilmiş poli(vfba-/co-mah) kopolimerlerinin bileşimleri 66 Çizelge 4.5. Poli(VFBA-/co-MAH)-gf-PEG makrodallanmış kopolimerinin termal davranışı 70 Çizelge 4.6. Sentezlenen polimerlerin yük değerleri (0 potansiyeli) 75 Çizelge 4.7. Farklı oranlarda eklenen poli(vfba-/co-mah)-gr-peg/pei makrokompleksi ile HeLa hücreleriyle etkileştirildiğinde canlı kalan hücre sayıları 76 Çizelge 4.8. Farklı miktarlarda folik asit yüklenmiş poli(vfba-/co-mah)-g- PEG/PEI makrokompleksinin HeLa hücrelerine aktarım verimi 79 xıı
16 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ AIBN B BNCT BPA BSH DMF FA 9 He ko LET MAH M n M w NCT n P PEG PEI PCPB Te Tg VFBA y X c 2,2'-Azobisizobütironitril Bor Bor Nötron Yakalama Terapisi Borfenilalanin Merkaptodekahidrododekaborat N, N'-Dimetilformamid Folik asit Modifikasyon (grafting) Helyum Kopolimer Doğrusal enerji aktarımı Maleik anhidrit Sayı ortalama molekül ağırlığı Ağırlık ortalama molekül ağırlığı Nötron Yakalama Tedavisi Nötron para a-metoksi-co- hidroksi-polietilenglikol Polietilenimin Karboksifenil boronik asit Erime sıcaklığı Camsı geçiş sıcaklığı p-vinilfenil borik asit Gama ışını Kristalin ite X111
17 1. GİRİŞ Günümüzde karşılaştığımız en önemli sağlık problemlerinden biri olan kanser tedavisinde ideal yaklaşım tümör hücrelerinin, seçici olarak çevredeki normal hücrelere zarar vermeden yok edilmesidir. Radyasyonla tedavi günümüzde hala yaygın olarak kullanılan bir kanser tedavi yöntemidir. Dış kaynaklı radyasyonun kullanıldığı tedaviler, klasik tedavi yöntemleri arasındadır. Radyoterapi alanında çalışan araştırmacılar, çevredeki normal dokunun radyasyondan zarar görmesini önlerken aynı zamanda da tümöre yüksek dozda radyasyon verebilmenin yollarını aramaktadır (http://cancer.nci.nih.gov/peb/radiation/index.html). Kanserli hücreyi iyileştirmek için radyasyonun kullanıldığı araştırılmakta ve klinik uygulamaları olan metotlardan birisi de "Bor Nötron Yakalama Tedavisi (BNCT) "dir. Burada radyoaktif olmayan bir bor bileşiği ( 10 B taşıyan) intravenöz olarak kana verilir ve hedef tümör hücreleri tarafından tercihli olarak hücre içine alınması sağlanır. Daha sonra tümör hücrelerinin içindeki veya hemen bitişiğindeki 10 B, nötron kaynağından gelen nötronları yakaladıktan sonra parçalanır ve yüksek enerji yüklü parçacıklar açığa çıkar. Bu parçacıklar sadece tümör hücrelerine zarar vermektedir ve çoğunlukla etraftaki normal hücreler zarar görmemektedir. Yaklaşık 50 yıldan beri BNCT kullanılmak üzere birçok bor bileşiği sentezlenmiştir ama henüz ideal bir 10 B içeren taşıyıcı sentezlenmemiştir. Yapılan çalışmada tümör hücrelerine bor bileşiklerinin taşınması için alternatif olarak, literatürde ilk kez çok bileşenli, bor grupları bulunan ve hedeflenmeyi sağlayacak folik asit grupları taşıyan anhidrit, PEG ve PEI bazlı polimerik taşıyıcı sentezlenmiştir. Bu amaçla, vinifenilborik asit ile maleik anhidrit radikal kopolimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Sentezlenen kopolimer ile metoksi uçlu polietilenglikol arasında esterleşme reaksiyonu gerçekleştirilerek modifikasyon yapılmıştır. Yüksek termal kararlılığa ve kristalliniteye sahip sentezlenen bu PEG modifiye kopolimere hücre içine girişi kolaylaştırmak ve pozitif yük kazandırmak için polietilenimin bağlanmıştır. Tümör hücrelerine seçici yönelimi sağlamak için de folik asit bağlanmıştır. Elde edilen polimerlerin karakterizasyonu FTIR, 1 H-NMR, DSC, DTG ve XRD analizleriyle yapılmıştır. Yük ve boyutları Zeta-Sizer ile tayin edilmiştir. Yük ve boyut tayininden sonra seçilen (VFBA-ko-MA)-g-PEG/PEI makrokompleksi floroseinle işaretlendikten sonra HeLa hücre kültürü ortamına aktarılmış ve hücre içine girip girmediği floresan
18 mikroskopla tayin edilmiştir. (VFBA-ko-MA)-g-PEG/PEI-FA makrokompleksinin tümör hücrelerine seçici olarak yönelip yönelmediğini öğrenmek için de HeLa ve fibroblast hücreleri içeren karışık hücre kültürü ortamına makrokompleks aktarılmış ve floresan mikroskop altında incelenmiştir.
19 2. TEMEL BİLGİLER 2.1. Kanser ve Tedavi Yöntemleri Günümüzde karşılaştığımız en büyük sağlık problemlerinden birisi kanserdir. Kanser kötü huylu tümörlere verilen genel addır. Kanser, anormal hücrelerin kontrolsüz çoğalması ve yayılması ile karakterize bir grup hastalıktır. Kültür ortamında normal hücreler komşu hücrelere yapışarak ilişkilerini devam ettirirler. Bu yapışma (adhezyon) noktalarında hücrelerde elektronca yoğun bir plak oluşur. Bununla birlikte, hücrelerin ameboid uzantılarında yavaşlama ve durma görülür (kontak inhibisyon). Bu şekilde, hücre bölünmesi kontrol edilir. Deneysel olarak, normal hücreler bir kültür ortamında kendilerine sağlanan ortam şartları ne kadar iyi olursa olsun kontak inhibisyon nedeniyle tek tabaka oluşturduktan sonra daha fazla çoğalmazlar. Çünkü, bölünme sınırlı sayıda olur. Fakat, kanser hücreleri sürekli çoğalarak birkaç tabakalı düzensiz kitleler oluştururlar (http://www.genetikbilimi.com). Kanser tedavisi kanserin tipine, yerleşimine, evresine, kişinin genel sağlık durumuna ve diğer faktörlere bağlı olarak değişiklikler gösterir. Doktorlar, hastanın kişisel durumuna ve ihtiyaçlarına göre biçimlendirilmiş farklı tedavi planları uygularlar. Kanser tedavisi genellikle bir ekip tarafından birlikte planlanır ve yürütülür. Kanser tedavisinde kullanılan yöntemler: cerrahi, kemoterapi (ilaç tedavisi), radyasyon tedavisidir (radyoterapi, ışın tedavisi), Bu tedavilerin birisi ya da birkaçı kombine edilerek uygulanır (http://www.roche.com.tr/roche/content/tedavi_alanlarimiz/onkoloji/genel/alt11.asp) Kanser tedavisinde amaç, bulunduğu koşullar içerisindeki hastanın yaşam süresinin ve yaşam kalitesini artırmaktır.
20 Cerrahi Müdahale Cerrahi müdahale uzun zamandan beri kanser tedavisinin temelini oluşturmuştur. Cerrahi müdahalenin hedefleri değişiktir. Cerrahi müdahale kanserin ölümcül olup olmadığının belirlenmesi, kanserli bir kitlenin vücuttan alınması veya kötü huylu hücrelerin vücudun diğer taraflarına yayılıp yayılmadığının öğrenilmesi için yapılabilir Bazen de kanserli tümör kitlesinin hepsinin alınması mümkün değilse cerrahi müdahale, doktorun kemoterapi veya radyasyon tedavisini daha etkili hale getirmek için bu kitlenin mümkün olduğunca fazla bölümünün alınması şeklinde olur. Eğer kanser yayılmamışsa cerrahi müdahale daha başarılı olur. Eğer kanser çok fazla yayılmışsa cerrahi müdahale tedavide etkisiz olabilir (http://www.hekimce.com). Yarayı mümkün olduğu kadar küçültebilmek ve vücudu mümkün olduğu kadar normal haline kavuşturabilmek için kanser uzmanı cerrahlar, en ileri teknikleri (Lazer cerrahisi, iğne deliği cerrahisi ve mikro cerrahiyi) giderek daha fazla kullanmaya başlamışlardır. Kanser uzmanı cerrahlar, tıpkı diğer cerrahlar gibi, gelecekte robot kullanmakta ustalaşacaklarını ve ameliyatları uzaktan kumandayla yapabileceklerini ve bilgisayarlı görüntüleme tekniği yardımıyla tümörlerin yerini, büyüklüğünü ve ne kadar yayıldığını tam olarak tespit edebileceklerini umut etmektedirler Kemoterapi Tedavisi Kemoterapi kanserli hücreleri öldürmek için kullanılan ilaç tedavi yöntemidir. Kemoterapinin amacı "antikanser" ilaçları olarak adlandırılan özel ilaçlar kullanılarak birincil tümör hücrelerini küçültmek, tümör hücrelerinin büyümesini yavaşlatmak ve metastaz yapabilecek kanser hücrelerini öldürmektir. Kemoterapik ajanlar mekanizmalarına göre üç ana kategoriye ayrılabilirler: i) hücrenin çekirdeğindeki DNA'ya direkt zarar verenler, ii) DNA habercilerinin sentezini durduranlar ve iii) mitotik iğneleri bozan veya sentezlerini etkileyenler. Kemoterapide tek bir ilaç veya iki yada daha çok ilaçların kombinasyonları kullanılır. Genellikle, ilaçlar ağızdan veya kan damarlarına veya kasa enjekte edilerek alınır.
21 Kemoterapi genellikle tedavi periyodundan sonra iyileşme periyodu ve daha sonra tekrar tedavi periyodu şeklinde dönüşümlü olarak yapılır. Kemoterapide hem sağlıklı hem de kanserli hücreler ölmektedir. Piyasada kullanılmakta olan ilaçların çoğu spesifik hedefleyici değildir ve birçok yan etkilere neden olmaktadır. Yan etkilerin çoğu, tedavi bittikten bir süre sonra kaybolmaktadır. Fakat, bazen de kalıcı etkiler bırakabilmektedir. Günümüzdeki araştırmalar, antikanser ilaçlarının kanserli hücreyi hedeflenmesini sağlayacak özelliklerin araştırılması üzerinde toplanmaktadır. Böylece normal hücrelerin zarar görmesinin azaltılması ve kanser hücrelerine karşı sitotoksik etkilerin artırılması amaçlanmaktadır (Pişkin, E., 2002) Radyasyon Tedavisi Radyoterapi olarak da adlandırılan radyasyon tedavisi, iyi ve kötü huylu tümörleri tedavi etmek için yüksek dozda iyonizasyon radyasyonunun kullanılmasıdır. İyonizasyon radyasyonlar, partiküllerden ve fotonlardan oluşan bir elektromanyetik dalga yayılımıdır ve enerji seviyeleri (frekansları) birbirlerinden farklıdır. İçinden geçtikleri maddelerde iyon çiftleri oluşturma özellikleri vardır ve bu iyon çiftlerinin moleküler seviyede canlı dokular için tahrip edici özellikleri vardır. Hücre içi metabolizma bozuklukları ve hücre zarındaki birtakım tahribatları yanında en önemli tahribat, hücrenin canlılığını ve bölünerek çoğalmasını kontrollü bir şekilde temin eden hücre çekirdeğinde, yani kromozomlarda meydana gelir. Tıpta kanser tedavisinde kullanılan iyonizasyon radyasyonlar kev ile 1,25-25 MeV seviyeleri arasındadır. Radyasyon tedavisi, cerrahi müdahaleden sonra kalan kanser hücrelerini öldürmek veya cerrahi müdahale ile uzaklaştırılamayan tümör hücrelerini yok etmek için kullanılır. Radyasyon onkologlarının spesifik tümör hücrelerine en etkili radyasyon miktarını vermek için çeşitli yolları vardır. Hangi metodun kullanılacağı tümörün biyolojisi, değişik radyasyon kaynaklarının fiziksel karakteristikleri, yan etki veya komplikasyon olasılığı ve bu değişik kaynakların vücudun birçok hücresini, doku ve organ sistemlerini nasıl etkilediği faktörlerine bağlıdır. Bu metotlar internal veya eksternal
22 radyasyon tedavisi olarak adlandırılır ve her ikisinin de kendi içinde kategorileri vardır. 1. Ekstemal (Harici) radyasyon tedavisi: Eksternal radyasyon tedavisinde büyük makinelerle kanserli bölgeye ve onu çevreleyen normal dokunun çok az bir kısmına yüksek enerjili ışınlar gönderilir. Radyon tedavisinde kullanılan radyasyon makinelerinin en yaygın tipi lineer (doğrusal) hızlandırıcılardır. Bazı radyasyon makinelerinde yüksek enerji ışın kaynağı olarak kobalt-60 gibi radyoaktif maddeler kullanılır. Radyasyon tedavisinde kullanılan cihazlar; 1) Orta ve düşük enerjili X-lşını cihazları: Bu kategoride kullanılan üç tip cihaz vardır; Birincisi, kontakt tedavi cihazlarıdır. Tedavi mesafesi kısadır (2-10 cm), ışın sahasının genişliği azdır. İkincisi, yüzeysel tedavi cihazlarıdır. Tedavi mesafesi cm'dir ve saha genişliği düşüktür (10 cm 2 ye kadar). Üçüncüsü de konvansiyel ortovoltaj cihazlarıdır. Tedavi mesafesi cm'dir. 10 cm uzaklıkta saha genişliği maksimum 20 x 20 cm 2 'dir. Ortovoltajlı X-ışınları, içinde bir flamentin yüksek ısıya ısıtıldığı bir tüpte üretilirler. Elektronlar hızlandırılır ve tungsten bir hedefe çarptırılırlar. Hedeften yansıyan, enerjisi 300 kv'a ulaşan ışınlar X-ışınıdır. Bu tipteki makineler enerjisinin maksimum dozunu vücut yüzeyine verirler ve sınırlı penetrasyonu vardır. Bu nedenle bu tip makineler deri kanserleri gibi yüzeysel tümörler için kullanılır. 2) Megavoltaj Aletler : Bunlar, enerjisi 1000 kv'tan büyük olan yüksek enerjili aletlerdir. Megavoltaj makineler, radyasyon onkoloğunun cilde aşırı bir doz vermeden vücudun içindeki tümörleri tedavi etmesini sağlarlar. En sık kullanılan tipleri Co-60 (Telekobalt) ve lineer hızlandırıcılardır. Co-60 kaynağı, doğal Co-59 elementinin nötron bombalanması sonucunda yapay olarak elde edilen radyoaktif bir elementidir. Co-60 makinesinde özel dizayn edilmiş kurşun bir koruyucu içinde Co-60 radyoaktif kaynağı vardır En çok kullanılan lineer hızlandırıcılar 4-35 MeV arasında değişen enerjiler için uygundur. Makine doğrusal bir düzlem boyunca yüksek bir ivmeyle hızlandırılan
23 elektronların üretimiyle çalışır. Üretilen bu elektronlar ya direkt olarak elektron tedavisinde kullanılır ya da makine içinde bir hedefe yönlendirilerek X-ışını oluşturup X-ışın tedavisinde de kullanılabilinir. Elektron modunda kullanılan yüksek enerjili elektronlar, seçilen demet enerjisiyle orantılı penetrasyon aralığına sahiptirler. Megavoltaj ne kadar yüksekse penetrasyon o kadar fazladır. 2. internal (Dahili) radyasyon tedavisi: internal radyasyon tedavisi, eksternal radyasyon tedavisinde mümkün olan toplam radyasyon doz miktarından daha fazla miktarın kısa sürede verilmesine olanak sağlar, internal radyasyon tedavisinde kanserli hücrenin mümkün olduğu kadar yakınına radyasyon kaynağı yerleştirilir. Büyük radyasyon makinelerini kullanmak yerine radyoaktif malzemeler (ince teller, katheter veya tüp (implant)) direkt olarak etki edecek dokuya yerleştirilir. Bu tedavi yönteminde radyasyon kanserli hücrelerde yoğunlaşır ve kanserli hücrelerin yakınındaki normal doku daha az zarar görür, internal radyasyon tedavisinde kullanılan radyoaktif maddeler sezyum, iridyum, iyot, fosfor ve paladyum'dur. internal radyasyon tedavisinden implant radyasyon olarak da bahsedilir. Profesyonel sağlık uzmanları implant radyasyon tedavisi için brakiterapi terimini kullanmayı tercih ederler. Brakiterapi radyoaktif elementlerin, doku içine veya vücudun boşluklarına yerleştirilerek tedavi amacıyla kullanılmasıdır. İki şekilde uygulanır: 1) Kaynakların doku içine yerleştirilmesi ile (interstiyel brakiterapi) ve 2) Kaynakların vücudun doğal bir boşluğuna ışınlanacak doku ile temas edecek şekilde yerleştirilmesi ile (plesioterapi: intrakaviter ve intraluminal). En sık kullanılan interstisyel brakiterapi yöntemleri plastik tüp yöntemi ve kılavuz (guide) sistemidir. İntrakaviter brakiterapinin yaygın kullanımı jinekolojik tümörlerdir. Kullanılan implantlar kısa bir süre sonra uzaklaştırılır veya sürekli olarak vücutta bırakılabilir. İmplantlar sürekli olarak bırakılırsa kullanılan radyoaktif madde radyasyonunu çabucak kaybeder ve kısa sürede non-radyoaktif olur. Radyasyon tedavisi alanında çalışan araştırmacılar tedavi sonuçlarını iyileştirmek için sürekli yeni metodlar araştırmaktadırlar. Araştırmacılar, çevredeki normal dokunun radyasyondan zarar görmesini önlerken aynı zamanda da tümöre yüksek dozda radyasyon vermeyi hedeflemektedirler. 7
A. Genotoksisite testi
Bir tıbbi cihazın klinik performansı, hedeflenen kullanım amacının gerekliliklerini yerine getirmesinin yanında; hasta vücuduyla temas ettiği süreç içerisinde, hastada minimum beklenmedik etkiye yol açması