Kardiyovasküler hastalıklarla ilişkilendirilen bazı inflamasyon biyobelirteçlerinin tespiti için elektrokimyasal esaslı biyosensör geliştirilmesi

Kardiyovasküler hastalıklar (KVH'lar) dünya çapında mortalite ve morbiditenin başlıca nedenidir. Bu nedenle erken teşhisi hayati önem taşımaktadır ve erken tespit edildiğinde büyük oranda iyileşme sağlanabilmektedir. Artan bulgular inflamasyonun aterosklerotik kalp yetmezliği, miyokard infarktüsü, perikardiyal hastalıklar gibi birçok KVH'ın gelişiminde önemli bir rol oynadığını ortaya koymaktadır. KVH'larda inflamasyonun tespitinde en yaygın kabul gören strateji, dolaşımdaki inflamasyon biyobelirteçlerinin ölçülmesini içermektedir. Büyüme Farklılaşma Faktörü-15 (GDF-15) ve Galektin-3 (Gal-3), KVH'ların erken tanı ve takibinde klinik değeri giderek artan, inflamasyonla ilişkili yeni biyobelirteçlerindendir. Bu tez çalışmasında GDF-15 ve Gal-3 tespiti için iki adet elektrokimyasal esaslı immünobiyosensör geliştirildi. Çalışma elektrodu olarak GDF-15 biysensörü için katı altın elektrot (KAE), Gal-3 biyosensörü için ise tek kullanımlık indiyum-kalay oksit kaplı polietilen teraftalat (ITO/PET) tabakalar kullanıldı. Biyosensörlerin tasarımında benzer ve az adımlı bir modifikasyon stratejisi izlendi. Bu amaçla her iki biyosensörde çalışma elektrotlarının yüzeyleri farklı yöntemlerle hidroksillendi; KAE yüzeyinde 6-merkaptohekzanol molekülleri ile kendiliğinden oluşan tek tabakalar (self assembled monolayers, SAM'ler), ITO/PET elektrotların yüzeyinde ise kimyasal hidroksilleme ile aktif hidroksil grupları oluşturuldu. Hidroksillenen elektrot yüzeyleri üzerinde aynı silanlama ajanı ile, trimetoksi[2-(7-okzabisiklo[4.1.0]hept-3-il)etil]silan (TMOHES), fakat farklı sıcaklıklarda epoksi silan SAMs oluşumu sağlandı. Ardından GDF-15 ve Gal-3 biyobelirteçlerine özgü antikorları sırasıyla modifiye edilmiş KAE ve ITO/PET elektrot yüzeylerine kovalent immobilizasyon ile bağlanarak analize hazır hale getirildi. Geliştirilen biyosensörlerin analitik performansının değerlendirilmesinde, tasarım, optimizasyon ve karakterizasyon çalışmalarının takibinde elektrokimyasal impedans spektroskopisi, döngüsel voltametri teknikleri kullanıldı. Yüzey karakterizasyon çalşmaları taramalı elektron mikroskopu (SEM), Enerji dağılımlı X ışını spekstroskopisi (EDX) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) analizleri ile desteklenerek yüzey modifikasyon başarıları doğrulandı. Optimizasyon çalışmaları sonucunda belirlenen ideal koşullarda, GDF-15 biyosensörünün 125 pg/mL-1500 pg/mL tayin aralığında R2=0.998, LOD=83.8 pg/mL ve LOQ= 254.2 pg/mL değerleri ile; Gal-3 biyosensörünün ise 2.5 ng/mL-40 ng/mL tayin aralığında R2=0.996, LOD=0.73 ng/mLve LOQ=2.43 ng/mL değerleri ile yüksek doğrusallık ve düşük tespit limiti gösterdiği belirlendi. Her iki sensörün de tekrarlanabilirlik (n=10) ve tekrar üretilebilirlik çalışmaları yapıldı ve farklı proteinlerin girişim etkileri belirlendi. Ticari insan serumunda GDF-15 ve Gal-3 analizleri yapılarak matris bileşenlerinin etkisi ve klinikte gerçek serum örneklerine uygulanma potansiyeli değerlendirildi. Gal-3 biyosensörü için, rejenerasyon, analit tayininin farklı bir araştırmacı tarafından gerçekleştirilmesi, depolama süresi tespiti çalışmaları gerçekleştirildi GDF-15 biyosensörünün sabit frekansta impedans (SFI) ölçümü yapıldı ve döngüsel voltametriden yararlanılarak yüzey alanı hesaplandı. Elde edilen bulgular basit ancak etkili bir yüzey modifikasyon stratejisiyle geliştirilen bu iki etiketsiz impidimetrik immünosensörün düşük örnek hacminde, yüksek tekrarlanabilirlik, tekrar üretilebilirlik, duyarlılık ve seçicilik avantajlarıyla, GDF-15 ve Gal-3'ün hassas ve hızlı tespiti için uygun olduğunu ortaya koymaktadır. Özellikle Gal-3 biyosensörü, maliyet açısından etkin tek kullanımlık ve rejenerasyon yeteneğiyle tekrar kullanıma uygun olarak öne çıkmaktadır. Sonuç olarak, geliştirilen biyosensörler, KVH araştırmalarında ve klinik uygulamalarda, inflamasyon odaklı biyobelirteç değerlendirmesi ile hastalık risk sınıflandırması ve yönetimine katkı sunabilir.