شماره مدرك
20975
شماره راهنما
2455 دكتري
پديد آورنده
بهادراني باغبادراني، فاطمه
عنوان
نانوپلتفرم هاي سيليكاتي متخلخل اصلاح شده با پيش ماده هاي هيدروكسي آپاتيت و شبكه هاي فلز- فنولي يا فوليك اسيد، و بررسي كاربردهاي آن ها در پركننده هاي استخوان، نور پويا درماني، و رديابي دارورساني بر پايه كارمنيك اسيد؛ كمپلكس نيكل(II) كارمنيك اسيد به عنوان داروي ضد سرطان استخوان
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
شيمي معدني
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
143 ص
توصيفگر ها
كارمنيك اسيد , سرطان استخوان , نانوذره¬هاي مزومتخلخل سيليكاتي , هيدروكسيآپاتيت , پليفنول , كمپلكس نيكل (II)
تاريخ ورود اطلاعات
1405/01/29
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
شيمي
دانشكده
شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/01
كد ايرانداك
23214199
چكيده فارسي
بيماري¬هايي مانند انواع شكستگي استخوان، سرطان مغز استخوان، و عفونت¬هاي استخواني از عوامل آسيب به استخوان¬ها هستند. با توجه به اهميت استخوان¬ها در محافظت از اندام¬هاي حياتي مانند مغز و قلب، توليد سلول¬هاي خوني، و فراهم كردن امكان حركت، درمان به موقع اين بيماري¬ها بسيار مهم است. اما ساختار پيچيده استخوا¬ن¬ها سبب شده است كه روش¬هاي درماني محدودي براي ترميم ضايعه¬هاي استخواني وجود داشته باشند. به همين دليل در اين رساله به مطالعه، طراحي و سنتز مواد زيستي بر پايه تركيبات طبيعي با كاربرد چندگانه در درمان بيماري¬هاي استخواني پرداخته شده است. در پژوهش اول، نانوذره¬هاي متخلخل سيليكاتي داراي پيش ماده-هاي تشكيل هيدروكسي¬آپاتيت تهيه شده و با شبكه فلز- فنولي تشكيل شده از يون منيزيم و عصاره انار پوشش داده شدند. پس از شناسايي دقيق نانوذره¬هاي هسته - پوسته سنتز شده، با روش¬هاي رايج شناسايي نانوذره¬ها، FE-SEM،TEM ، BET-BJH،XPS ، و FT-IR مشخص شد كه اين نانوذره¬ها ساختاري متخلخل، كروي و هسته-پوسته با اندازه ذره 89 نانومتر دارند. سپس سميت سلولي و زيست¬سازگاري آن¬ها ارزيابي و كارآيي اين نانوذره¬ها در تمايز سلول¬هاي بنيادي به سلول¬هاي استخواني و تشكيل هيدروكسي آپاتيت بررسي شد. بر اساس اين نتايج، نانوذره¬هاي سنتز شده زيست سازگار و زيست فعال هستند و در بازه زماني 21 روز توانايي القاي تمايز استخوان در سلول¬هاي بنيادي پالپ دندان را دارند و از رشد باكتر¬هاي E.coli و S. aureus پيشگيري مي¬كنند. از آنجايي كه سرطان¬ يكي از اصلي ترين بيماري¬هاي تهديد كننده جان انسان¬ها است، در بخش دوم، در ادامه پژوهش پيشين ما كه مولكول كارمنيك اسيد به عنوان دارو در نانوذره سيليكاتي اصلاح شده با فوليك اسيد بارگذاري شد. سپس مقدار بهينه داروي بارگذاري شده، مكانيسم رهايش دارو، و اثر سميت آن بر سلول¬هاي سرطان دهانه رحم(HeLa) و سرطان خون (K-562) مطالعه شد. اما نقش اثر هم افزايي دو مولكول كارمنيك اسيد و فوليك اسيد در كنار هم براي درمان سرطان، ويژگي¬هاي نوري آن¬ها و مكانيسم مرگ در سلول¬هاي سرطاني در حضور نانوسامانه طراحي شده مجهول باقي مانده بود. از اين¬رو، در پژوهش دوم با هدف پاسخ به اين پرسش¬ها، نخست ويژگي ضد سرطاني تركيب طبيعي كارمنيك اسيد كه از نوعي شته استخراج مي¬شود و ساختاري مشابه با داروي دوكسوروبيسين دارد، به كمك روش داكينگ مولكولي مطالعه شد. در ادامه، ويژگي¬هاي نوري اين مولكول و اثر حضور مولكول فوليك اسيد بر اين ويژگي¬ها بررسي شد. سپس، توانايي برهمكنش كارمنيك اسيد با DNA و آنزيم توپوايزومراز I وII، و همچنين، توليد گونه¬هاي فعال اكسيژن براي القاي مرگ در سلول¬هاي سرطاني با طراحي روشي نوين بر پايه روش دات¬بلات ارزيابي شد. سپس، كارآيي اين نانوذره¬ها در رديابي دارورساني مطالعه شد. نتايج اين مطالعه¬ها نشان دادند كه نانوسامانه طراحي شده با توجه به حضور كارمنيك اسيد و فوليك اسيد در كنار هم مي¬تواند به عنوان يك عامل ضد سرطان و ردياب دارورساني كارآيي داشته باشد. در بخش سوم با توجه به اهميت درمان سرطان مغز استخوان و مطالعه انجام شده پيرامون كارآيي مولكول كارمنيك اسيد در درمان سرطان، كمپلكس نيكل (II) با ليگاند كارمنيك اسيد سنتز شد. از روش¬هاي شيمي محاسباتي و روش¬هاي شناسايي VSM، FT-IR، ICP-OES، CHN، ESI-Mass، و مطالعه طيف جذب در ناحيه
فرابنفش- مرئي و نشر فلوئورسانس، براي شناسايي ساختار هشت وجهي اين كمپلكس پارامغناطيس استفاده شد. سپس توانايي آن در درمان سرطان مغز استخوان با استفاده از روش MTT بررسي شد. همچنين، روند توليد گونه¬هاي فعال اكسيژن تحت تابش در ناحيه مرئي و شرايط بدون تابش نيز به كمك آزمون رنگ سنجي با مولكول فلوئورسان DCF انجام شد. سپس برهمكنش اين كمپلكس با بخش تلومري DNA با استفاده از داكينگ مولكولي بررسي شد. بر اساس مطالعه¬هاي انجام شده، كمپلكس نيكل (II) با ليگاند كارمنيك اسيد، بدون نياز به تابش نور با شركت در چرخه¬هاي ردوكس سلولي توانايي القاي تنش اكسيداتيو به سلول¬هاي سرطاني را داشته و همچنين با برهمكنش با بخش تلومري DNA مي¬تواند سبب مرگ سلول¬هاي MG-63 و SH-SY5Y كه در سرطان استخوان نقش دارند، شود اما به سلول¬هاي سالم MCF-10A آسيبي وارد نكند.
چكيده انگليسي
Diseases such as various types of bone fractures, bone marrow cancer, and bone infections are among the factors that damage bones. The importance of bones, has led to significant demand for treatment of these diseases. However, the hierarchical structure of bone, makes the design of therapeutic methods problematic. Hence, this thesis focuses on the study, design, and synthesis of biomaterials based on natural compounds for multifunctional applications in the treatment of bone diseases.In the first study, porous silica nanoparticles containing hydroxyapatite precursors were prepared and coated with a metal-phenolic network formed from magnesium ions and pomegranate extract. After precise characterization of the synthesized core-shell nanoparticles by using identification methods such as FE-SEM, TEM, BET-BJH, XPS, and FT-IR, it was determined that these nanoparticles have a porous, spherical, core-shell structure with a particle size of 89 nanometers. Their cytotoxicity, biocompatibility, and osteoinductivity were then investigated. Based on these results, the synthesized nanoparticles are biocompatible and bioactive, capable of inducing bone differentiation in dental pulp stem cells, and they prevent the growth of E. coli and S. aureus bacteria.Since cancer is one of the main life-threatening diseases, in the second part, continuing our previous research, where carminic acid molecules were loaded as drugs into folic acid-modified silica nanoparticles, the optimal drug loading amount, drug release mechanism, and cytotoxic effects on cervical cancer (HeLa) and leukemia (K-562) cells were studied. However, the synergistic effect of carminic acid and folic acid molecules in cancer treatment like, their optical properties, and the mechanism of cell death in cancer cells induced by designed nanosystem remained unknown. Therefore, in the second study, aiming to answer these questions, the anticancer properties of the natural compound carminic acid, extracted from a type of insect named “cochineal”, which is structurally similar to the drug doxorubicin, were first studied using molecular docking. Subsequently, the optical properties of this molecule and the effect of folic acid on these properties were investigated. Then, the ability of carminic acid to interact with DNA and topoisomerase I and II enzymes, as well as to generate reactive oxygen species to induce cell death in cancer cells, was evaluated by designing a novel method based on the dot-blot technique. The efficiency of these nanoparticles in drug delivery tracking was also studied. The results of these studies led to transforming a conventional nanocarrier to a multifunctional therapeutic nanoplatform for photodynamic ROS generation and FRET-based tracking. In the third part, considering the importance of treating osteosarcoma, and the evidence in the efficacy of carminic acid in cancer treatment, a nickel complex with carminic acid ligand was synthesized. Computational chemistry methods and characterization techniques such as VSM, FT-IR, ICP-OES, CHN, ESI-Mass, and UV-Vis absorption and fluorescence emission spectroscopy were used to identify the octahedral structure of this paramagnetic complex. Its efficacy in treating osteosarcoma was then investigated using the MTT assay. Additionally, the generation of reactive oxygen species under visible light irradiation and in dark conditions was investigated using a fluorometric assay with the DCF fluorescent molecule. The interaction of this complex with the telomeric region of DNA was also studied using molecular docking. Based on the conducted studies, the nickel (II) complex with carminic acid ligand can induce oxidative stress in cancer cells without the need for light irradiation and by interacting with the telomeric region of DNA, it can cause cell death in MG-63 and SH-SY5Y cells involved in bone cancer, while not harming healthy MCF-10A cells.
استاد راهنما
حسن حداد زاده , زهره ميراحمدي زارع
استاد مشاور
حسين فرخ پور
استاد داور
شهرام تنگستاني نژاد , علي حسين كيانفر , غلامحسين محمدنژاد شيرازي