A theranostic bio-device for biomedical applications

Biyolojik sistemler doğaları gereği programlanabilirdir. Bilim insanları bu sistemlerin yeteneklerini kullanarak biyolojik teşhis, hücresel olayların kaydedilmesi, ilaç üretimi ve hastalık tedavisi gibi konular için "yaşayan sistemler" tasarlamış, geliştirmiş ve bu ilaçları yeniden amaçlandırmıştır. Bu amaçlar için kullanılan güncel yöntemlerle kıyaslandığında biyolojik sistemler mühendisliği tıbbın ve özellikle hastalık tedavisinin geleceği için umut verici bir araç sunmaktadır. Tip 2 diyabet (T2D) vücutta insülinotropik hormonların eksikliğinden kaynaklanan ve dünya genelinde yarım milyar insanı etkileyen bir hastalık durumudur. Bu hastalığın tedavi stratejileri hasta kanındaki glikoz seviyelerinin izlenmesini, insülinotropik hormonların ilaç kalitesinde üretilmesini ve hastaya dozaja göre uygulanmasını kapsar. Tüm bu operasyonlar tedavinin fiyatını arttırmakta ve hem sağlık profesyonelleri hem de hastalar için global bir problem oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında biz, T2D için sentetik biyoloji prensipleri ve genetik mühendisliğine dayalı hücre içi duyu ve cevap yolaklarını kullanan özgün sistemler önermekteyiz. Önerilen stratejiler, Escherichia coli (E.coli) bakterisinin hücre içi glikoliz mekanizmasını kullanan ve glikoz miktarını belirleyebilen bir tüm hücre biyosensör modülünü, ve hücre yüzeyinden kontrollü şekilde tedavi edici moleküler salgılayabilen bir salınım modülü içermektedir. Bu amaçla glikoliz sonucu üretilen piruvatı hidrojen perokside çeviren piruvat dehidrogenaz enzimi SpxB kullanılmış ve sonrasında üretilen hidrojen peroksiti algılayabilen geliştirilmiş bir tüm hücre biyosensörü oluşturulmuştur. Bu biyosensörün oluşturduğu sinyalin ise daha sonraki aşamalarda hücre içerisinde ilişkilendirilmesi için Antijen-43 (Ag43) ototransporterine bağlı hücresel salınım sistemi geliştirilmiştir. Bu sistemde T2D tedavisinde kullanılan insülinotropik GLP-1 hormonu ile birleştirilmiş Ag43 ototransporteri kontrollü olarak hücre yüzeyinde ifade edilmiş, farklı orijinli bir model Ag43 ototransporterinin kontrolüyle ise birleştirildiği TEV proteaz enzimi ile GLP-1 hormonunun TEV tanınma bölgesinden kesilip ortama salınması sağlanmıştır. Glukoz tespit sistemi ve başarıyla çalıştırılan cevap mekanizması göz önüne alındığında oluşturduğumuz sistem T2D tedavisi için büyük bir potansiyel taşımaktadır.