568
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Amiloid tabanlı biyokatalitik membran üretimi
Son dönemlerde doğadan esinlenerek yeni nesil biyouyumlu malzeme üretimi üzerine araştırmalar yapılmaktadır. Bu malzemelerin biyomedikal uygulamalarda kullanımı biyomateryaller, biyosensörler, fonksiyonel membranlar ve yapay doku iskeleleri gibi çeşitlilik göstermektedir. Bu çalışmada "doğal ve fonksiyonel" özellikleri olan biyokatalitik membran üretimi amaçlanmıştır. Bu hedef doğrultusunda, model altyapı proteini olarak seçilen sığır serum albümin ıslak kimya teknikleri ile amiloid forma dönüştürülmüştür. Glikoz oksidaz enzimi yapıdaki aktif biyolojik ajan olarak seçilmiştir. Biyokatalitik membran elektro-eğirme yöntemi ile "nano" ölçekte fiberlerin rastgele yığını şeklinde üretilmiştir. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar, üretilen biyokatalitik membranın yapısındaki proteinin amiloid forma dönüştürülebildiğini, yapıdaki enzimin 0,7 µA akım şiddeti yarattığını ve 2547 U/m2 aktiviteye erişilebildiğini göstermiştir.
Controlled release of ampicillin from coxially electrospun polycaprolactone nanofibers
Controlled release of hydrophilic biological agents is difficult to be achieved with conventional approaches such as single electrospinning. One recent approach for controlled release is production of core-shell fibers via modified coaxial electrospinning. In this study, the application area of this technique was expanded by using it for a hydrophilic drug (ampicillin) which is known to have low compatibility with polycaprolactone (PCL). A partially electrospinnable 4% (w/v) PCL solution was used as a shell fluid in order to create ampicillin-loaded PCL nanofibers shelled by a PCL shield. Scanning electron microscopy and optical microscopy verified that the membranes consisted of nanofibers with core-shell structure. Furthermore, Fourier transform infrared spectroscopy demonstrated that some compatibility might be present between ampicillin and PCL. Finally, drug release studies showed that the drug release kinetics of core-shell products is closer to zero-order kinetics as compared to the products of single electrospinning. Together, these imply that the application area of modified electrospinning in controlled release could be expanded to polymers and drugs with low compatibility.
Tendon-kemik arayüzü için sürekli kademeli kompozit hücre iskelesi üretimi ve uygulaması
Tendon yaralanmaları en yaygın travma çeşitleri arasında yer almaktadır ve sadece A.B.D.'de yılda 250.000'den fazla rotator manşet tendon onarımının yapıldığı bilinmektedir. Türkiye'de ise bu tür yaralanmalar yetişkin popülasyonun %26'ya varan kısmında görülen omuz rahatsızlıklarının %70'ini oluşturmaktadır. Tendon dokusu, damarlanmanın zayıf olması ve geniş ölçekli hareket kabiliyeti sebebiyle kendi kendini rejenere etmede yetersiz kalmaktadır. Problemin giderilebilmesi için güncel klinik yaklaşım, tendon greftlerini mekanik olarak kemiğe tutturmak olup, bu uygulamada, ameliyat sonrası %90'a varan tekrarlama görülmektedir. Ayrıca bu uygulamalar, gerçek dokuda var olan hiyerarşik yapıyı yeniden oluşturamamaktadır. Bulgulara göre, doğal tendon-kemik arayüzü yapısal olarak tendon, fibrokıkırdak ve kemik olmak üzere farklı türdeki üç dokunun birinden diğerine sürekli kademeli olarak geçişinden oluşmaktadır. Bu bilgilerden yola çıkarak, bu çalışmanın amacı elektro eğirme yöntemiyle, içinde hidroksiapatit ve büyüme hormonlarının kademeli olarak değiştiği polikaprolakton bazlı hücre iskeleleri üretmek ve bu hücre iskeleleri üzerinde insan kemik iliğinden elde edilecek kök hücre davranışlarını incelemek olarak belirlenmiştir. Bileşenleri kademeli olarak değişen hücre iskelesi, geleneksel katmanlı hücre iskelesi yaklaşımından belirgin bir farklılık göstermektedir. Bulgular incelendiğinde, bu çalışmada üretilen hücre iskelelerinin, aynı tendon-kemik arayüzünde olduğu gibi fiber mat kalınlığı boyunca doğrusal değişen hidroksiapatit konsantrasyonuna sahip olduğu görülmektedir. Hidroksiapatit, polikaprolakton fiberler içine ağırlıkça %20 oranında yedirildiğinde, fiber çapı 361±9 nm'den, 459±21 nm'ye çıkmış, temas açısı 120±3°'den 115±1°'ye düşmüştür. Yapılan mekanik testler sonucunda ise sadece polikaprolakton içeren hücre iskelesinin dayanabileceği maksimum yük 7,5±1,7N, %16 hidroksiapatit içeren hücre iskelelerinin dayanabileceği maksimum yük ise 11,6±1,3N olarak ölçülmüştür. Kopma gerinimleri de sırasıyla 0,12±0,02 mm/mm, 0,18±0,02 mm/mm bulunmuştur. Kontrollü salım çalışmaları sonuçları, bağ doku büyüme faktörünün (CTGF) ve dönüştürücü büyüme faktörü-β3 (TGFβ3)'ün 28.gün sonunda sırasıyla %27±7 ve %81±25 salındığını göstermektedir. Hücre proliferasyonu ve kolajen üretiminde ise hücre iskelesi tipine bağlı bir değişim gözlemlenmemiştir. Bu bulguların, biyolojik greft fiksasyonunu hedeflemiş biyomimetik doku mühendisliği teknolojileri için in-vitro düzeyde faydalı bilgiler sağlayacağı düşünülmektedir.
Radyografi görüntülerinin görüntü işleme algoritmaları kullanılarak adaptif olarak sıkıştırılması
Görüntü Saklama ve İletişim Sistemleri (Picture Archiving and Communication System, PACS), birçok sağlık merkezinde tıbbi görüntülerin depolanması ve bir merkezden başka bir merkeze ulaştırılmasında standart bir protokol haline gelmiştir. DICOM 3 formatında PACS veri tabanında depolanan yüksek çözünürlüklü bu görüntüler, yüksek depolama alanı gerektirmektedir. Bu nedenle tanısal bilgiyi koruyarak görüntünün bellekte kapladığı alanı azaltmak ve PACS veri tabanının daha etkin kullanılabilmesini sağlamak ihtiyaç haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında, pelvis radyografilerinde belirlenen ilgi bölgelerini (Regions of Interest, ROI) görüntü işleme algoritmaları yardımıyla tespit eden ve önem derecesine göre adaptif olarak sıkıştıran iki farklı yöntem sunulmuştur. Birinci yöntem, ilgi bölgelerinin radyolog hekim tarafından el ile konturlandığı durumda bu bölgeleri önem derecesine göre tespit edip adaptif olarak sıkıştıran bir algoritmadır. İkinci yöntem ise göz takip sisteminin kullanıldığı durumda odaklanma haritası ve işlenmemiş odak verisinden ilgi bölgelerini tespit edip adaptif olarak sıkıştıran bir algoritmadır. Önerilen yöntemler, radyoloji uzmanlık öğrencileri için ilgi bölgelerini gösterebilen ve doğru bölgeyi konturlamasına katkı sağlayan bir yapıya da sahiptir. Algoritmalardan elde edilen çıktılar objektif ve subjektif kriterler kullanılarak değerlendirilmiş, pelvis radyografilerinde birden fazla ilgi bölgesinin tanısal bilgiyi kaybetmeden adaptif olarak sıkıştırılabileceği gösterilmiştir.
Acil yardım akıllı turnike sistemi
Trafik kazaları, ateşli silah yaralanmaları ve patlama gibi olaylar sonucu oluşan ciddi ekstremite yaralanması ve kan kaybı durumlarında yaralı, sağlık personeli müdahale edinceye kadar eğer tek eli sağlam kaldıysa kanayan ekstremitesine turnike uygulayarak kanamanın durmasını sağlayabilir. Turnike uygulanırken dikkat edilmesi gereken bazı hususlar vardır. Eğer turnike kanın durması gereken basıncı sağlayacak kadar sıkılmamışsa kan kaybı devam eder ve yaralının hayatı tehlikeye girer. Gerekenden fazla basınç uygulandığında ve ara ara gevşetilip tekrar sıkılmadığında da ekstremitenin kangren olmasına sebep olur. Ayrıca yaralının kan kaybederken optimum basıncı ayarlayacak derecede turnikeyi manuel olarak uygulayabilmesi, özellikle bacakta, oldukça zordur. Tez çalışmasının amacı, ekstremite yaralanmalarında aşırı kan kayıplarını durdurabilmek için yaralanmanın olduğu ekstremitenin proksimaline bağlanarak gerekli basıncı otomatik olarak uygulayarak kanamayı başarıyla durdurabilen pnömatik, akıllı turnike sistemi geliştirilmesidir. Geliştirilen sistemin ambülanslarda, araçlardaki ilk yardım kitlerinde, hastanelerin acil servislerinde, ilk yardım kuruluşlarında, itfaiye araçlarında, iş sağlığı ve güvenliği kapsamında riskli iş yerlerinin ilk yardım kitlerinde ve benzeri çoğu sivil alanda kullanımının yaygın olacağı düşünülmektedir. Tez çalışmasının çıktısı olarak; kol ve bacak için uygulanabilen, hava motoru ile şişen, gelişmiş bir mikrodenetleyici ile birçok parametreyi yönetebilen, üzerindeki GPS (Global Positioning System) modülü ile turnikenin uygulandığı konumu, RTC (Real Time Clock) ile turnikenin uygulanmaya başladıktan sonra geçen süreyi, hava basınç sensörüyle turnikenin uyguladığı basınç bilgilerini üzerindeki OLED (Organic Light Emitting Diode) ekranda görüntüleyebilen, kullanıcıyı turnikeyi doğru bir şekilde uygulayabilmesi için gerekli direktiflerle sesli olarak yönlendiren, ayrıca toplanan verileri üzerindeki GSM (Global System for Mobile Communications) modülü ile cep telefonuna mesaj atabilen, en temel amacı hayat kurtarmak olan akıllı turnike sistemi prototipi üretilmiştir.
Ortak eksenli elektro-eğrilmiş sığır serum albumin nanoliflerinden ampisilinin kontrollü salımı
Bu çalışmada, doğal bir protein olan sığır serum albümin (SSA) kullanılarak kontrollü ilaç salım platformu geliştirilmiştir. İlaç yüklü amiloid benzeri Sığır Serumu Albümini (AL-SSA) nanoliflerinin üretimi, modifiye ortak eksenli elektro-eğirme işlemi ile gerçekleştirilmiştir. Model ilaç olarak ise hidrofilik bir yapıya sahip olan ampisilin (Amp) seçilmiştir. Kabuk ve çekirdek çözeltileri belirli oranlarda hazırlandıktan sonra, lif üretimi iğne ucunu tıkamadan, sorunsuz ve sürekli olarak gerçekleştirilmiştir. Elektro-eğirme sistemine sadece çekirdek çözeltisi beslenerek tekli (C) membranlar üretilmiştir. Kabuk-çekirdek şeklindeki CS1 ve CS2 membranları ise ortak eksenli elektro-eğirme yöntemi ile üretilmştir. Glutaraldehit, C membran yüzeyinde, ani salımı azaltmak için çapraz bağlayıcı ajan olarak kullanılmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri; C, CS1 ve CS2 nanoliflerin yüzeylerinin pürüzsüz ve homojen olduğunu göstermiştir. Geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ise liflerin kabuk-çekirdek yapısına sahip olduğunu doğrulamıştır. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), AL-SSA nanolifinin, ilaç ile matris arasında hidrojen bağı oluşması nedeniyle ampisilin ile uyum sağladığını göstermiştir. Temas açısı ölçümleri sonucunda ise AL-SSA membranlarının hidrofobik karakterde olduğu görülmüştür. In vitro ilaç salım testleri, C ve GA-C membranlarının Fick taşınımına göre sıfırıncı dereceden kinetik denklemine daha uygun olduğunu; CS1 ve CS2 membranlarının ise başlangıç ani salım aşaması ve sonrasındaki sürekli salım aşamaları ile tipik iki fazlı salım davranışı sergilediğini göstermiştir. AL-SSA kaplı kabuk-çekirdek yapısındaki membranlar tekli elektro-eğrilmiş membranlarla karşılaştırıldığında, ani salım oranlarının daha az, ilaç salım sürelerinin ise daha uzun olduğu görülmüştür. Antimikrobiyal aktivite testleri, ilaç yüklü nanoliflerin gram pozitif Staphylococcus aureus ve gram negatif Escherichia coli'ye karşı inhibisyon bölgeleri oluşturması sonucu, elektro-eğirme işlemi sonrası ilaç etkinliğinin bozulmadığını ve membranlar içerisine yüklenen ilaç miktarının bakteri inhibisyonu için yeterli olduğunu göstermiştir.
Kafatası kayıplarının onarılması için kişiye özel implant tasarımı ve üretimi
Vücut üzerinde bir fonksiyon sağlamak için, gerekli olan bölgeye uygun bir yere yerleştirilen organik veya inorganik cisimler implant olarak tanımlanmaktadır. Tıp alanında ise bir materyalin vücudun belli bir bölgesine yerleştirilmesi anlamında kullanılmaktadır. Protez kavramı da, vücut üzerinde kaybedilen ve fonksiyonel eksikliği hissedilen bölgelerin yapay materyallerle tamamlanması şeklinde ifade edilmektedir. Bu amaçlar için, vücut dokularına yerleştirilen ve ortopedik cerrahi alanında kullanımı yaygın olan eklem protezleri, beyin cerrahisi alanında kullanım alanı bulunan kafatası implant protezleri, travmotoloji alanında ve tümör cerrahisinden sonra kemik dokularında tespit amacıyla kullanımı olan RIF (Rigid Internal Fiksasyon) implant protezleri gibi suni yapılara da implant protezi adı verilmektedir. İmplantla, konservatif tedavi yöntemlerine göre daha sağlam olup, rahatlık ve güvenirlik açısından üstünlükleri vardır. İmplantın başarısının yüksek olması, kendi başına bir yapı olmasıyla ilişkilidir. Ülkemizde genellikle doğal afetlerde, trafik kazalarında ve terör saldırılarına vb. bağlı olarak çok sık beyin yaralanmaları ve hasarları görülebilmektedir. Bu durumlara bağlı olarak tedavi süreçlerinde beyin travmalarında kafatası implantlarına ihtiyaç duyulabilmektedir. Cerrahi amaçla kullanılan tüm implantların mutlaka steril olmaları gerekmektedir. Teknolojik gelişmelere bağlı olarak ihtiyaca göre çok çeşitli implant üretim makinaları, yazılım programları ve donanımları mevcuttur. Bu tez çalışmasında, kafatası bozukluklarının kapatılması için kullanılan 'Cranial Implant' protezlerinin incelenmesi, geliştirilmesi, seçilen hastaya uygulanması hedeflenmektedir. Bu amaçla yöntem olarak, hastanın özgül CT(Computed Tomography) görüntüsü alınacak, MIMICS programı ve cerrahi simülasyon araçları kullanılarak kafatasının 3D modeli oluşturulup, elde edilen kafatası implantının biyouyumluluk testleri uygulanıp, Patran yazılım programı kullanılarak titanyum implantlarının sonlu elemanlar analizi yapılıp, implantın maksimum yer değiştirme, maksimum stres parametreleri istatiksel veriler ile hesaplanıp bununla ilgili resimler, fotoğraflar ve analizler ile desteklenmiştir. Çalışmamızda, titanyum alaşımından yapılan kafatası implantının örnek hasta üzerine çeşitli analizler yapılarak uygulanması ve sonuçları değerlendirilmektedir. Anahtar Kelimeler: Kafatası implant, Kraniyofasiyel implantlar, Hızlı prototipleme yöntemleri
Askeri amaçlı turnike sistemi geliştirilmesi
Harp alanında gerçekleşen ekstremite yaralanmaları önlenemediği takdirde ciddi sayıda can kayıpları meydana gelmektedir. Ekstremite yaralanmalarının sebep olduğu can kayıplarının önlenmesinde turnike uygulaması önemli ve vazgeçilmez bir yöntemdir. Turnike; 4 ile 7 cm genişliğindeki bir bandın, yaralanmanın olduğu ekstremitenin proksimaline bağlanarak kanamanın durdurulmasını sağlayan tıbbi bir cihazdır. Turnike uygulaması basit bir işlem olmasına rağmen, doğru ve başarılı bir şekilde yapılan uygulama sayesinde can kayıpları ciddi derecede önlenmektedir. Harp alanında kullanılmak amacıyla Combat Application Tourniquet (CAT) ve Special Operations Forces Tactical Tourniquet (SOFTT) turnikeleri NATO üyesi ülkelerin ordularında kullanılmaktadır. Askeri amaçlı olarak üretilmiş olan hiçbir turnike sistemi tek elle ve hızlıca uygulanamamaktadır. Bu tez kapsamında geliştirilen turnike sistemi ile kan akışının durdurulması için gerekli olan kuvvet, elektromekanik sistem ile bağlantılı turnike kemerinin ilgili ekstremiteye sarılması ile uygulanmaktadır. Cihaz üzerinde bulunan açma – kapatma düğmesi ile sistem çalıştırıldıktan sonra, turnike sistemi; kol ya da bacak düğmesine basılması ile otomatik olarak çalışmaya başlayarak, kuvvet sensöründen aldığı geri bildirim değeri o ekstremite için belirlenen eşik değerine ulaşana kadar turnike işlemine devam etmektedir. Eşik değerine ulaşıldığında turnike sisteminin uygulandığı ekstremitede kan akışı durdurulduğundan dolayı sistem kasılı bir şekilde bekleme moduna geçmektedir. 1 saat geçtikten sonra turnike otomatik olarak gevşemekte ve 5 dakikalık gevşeme sürecinin ardından turnike işlemi yeniden uygulanarak ekstremitenin kangren olması engellenmektedir. Sistem çalışmaya başladığında turnikenin uygulanma zamanı ve turnikenin uyguladığı kuvvet bilgisi, Bluetooth ile bağlanılan askeri haberleşme standardı ve bu standart ile bir merkeze aktarılmaktadır. Geliştirilen akıllı turnike sistemi turnike uygulamasını, bataryası tükenene kadar ya da kapatma düğmesine basılana kadar tekrarlamaktadır. Turnike uygulamasının gerçekleştirildiği her periyotta merkeze bilgi gönderebilen bu sistem sayesinde askeri alanda, iç güvenlik ve polis teşkilatında çatışma bölglerinde görev yapan personelin, olası yaralanmalar sonucu hayatta kalmasına katkı sağlanmak amaçlanmıştır.
The use of anodic aluminum oxide membranes as a sensing platform for surface-enhanced Raman spectroscopy
Despite the potential sensitivity and the wide range of applications for Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), it can not be used as a routine diagnostic tool due mainly to the poor reproducibility of the high intensty SERS signals. In order to obtain reproducibly strong SERS signals, both lithographic and non-lithographic approaches are intensively investigated to produce large-area nanopatterned SERS substrates displaying periodically decorated arrays of nanostructures. Herein, two non-lithographic methods for fabricating periodically decorated plasmonic nanoparticle arrays by using anodic aluminum oxide membranes are presented. These membranes are a class of special biomaterials that are produced from high purity aluminum via two step anodization protocol. The production of these substrates are easy and highly controllable and compared to lithography it is cost-effective. The first part of the study proposes the use of nanobump-decorated barrier sides of the anodic aluminum oxide membranes (AAMs) as SERS substrates. In order to investigate the effect of surface topography on SERS signal intensities, the nanobump-decorated surface (NBDS) is further treated with wet etching to create periodic arrays of nanocraters. SEM and AFM characterizations are performed for the produced platforms. After coating with an optimized thickness of Au through PVD, SERS signal intensities of the nanocrater decorated surfaces (NCDS) and NBDS counterparts are compared by using two different model dyes, Methylene Blue and Congo Red. The experimental data is then confirmed with computer simulations using Comsol 5.0 Optics Module and Lumerical FDTD Solutions. Reproducibility of the signals and the lowest detectable concentration are also investigated. In the second part of the study, the effect of the AAMs pore-size is examined, as they are used as molds to obtain periodically nanopillar-decorated polycarbonate surfaces. Two different pore-sized AAMs are used and silver reduction is performed by coating the surfaces with polydopamine, for the facile creation of plasmonic effect. The obtained surfaces are characterized by SEM and AFM. The intensities of the SERS signals from the obtained surfaces are compared by using Methylene Blue and also is verified with computer simulations using Lumerical FDTD Solutions.
Biyomedikal uygulamalara yönelik amin gruplarınca zengin ince filmlerin kararlılıklarının geliştirilmesi: Plazma polimerizasyon yöntemi ile n-hekzan alttaş film uygulaması
Amin gruplarınca zengin ince filmler, biyomoleküllere bağlanma potansiyelleri sebebiyle son yıllarda dikkat çeken konu başlıkları arasında yer almaktadır. Ancak, filmlerin sergiledikleri kararlılık karakteristikleri, biyoteknoloji alanında kullanımlarını kısıtlamaktadır. Bu tez çalışmasında, n-hekzan ön kaplamasının, amin gruplarınca zengin ince filmlerin atmosfer ve sıvı ortamlarda sergiledikleri kararlılık karakteristiğine etkisi araştırılmıştır. Etilendiamin (EDA) filmleri, radyo frekans- düşük basınç (RF-DB) plazma polimerizasyon cihazı kullanılarak, modifiye edilmemiş ve n-hekzan ön kaplaması gerçekleştirilmiş olmak üzere iki farklı gruba ayrılan cam ve kuvars ayar çatalı (QTF) yüzeylerde oluşturulmuştur. N-hekzan ön kaplamasının etilendiamin ince film yapısına etkileri, yüzeydeki fonksiyonel grupları araştırmak adına FTIR-ATR, yüzey kimyasal kompozisyonu araştırılmak üzere XPS, atmosfer ortamında kararlılık çalışmaları Temas Açısı (CA) ve sıvı ortamda kararlılık çalışmaları frekans ölçüm teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. Plazma parametreleri her bir karakterizasyon ölçümü göz önüne alınarak ve farklı ortamlarda sergiledikleri kararlılık karakteristikleri incelenerek optimize edilmiştir. Yıpranma hızı çalışmalarının sonuçlarına göre, 75 Watt değerinin aşağısında ve üzerinde boşalım gücü uygulanan n-hekzan ön kaplamasına sahip etilendiamin ince filmler atmosfer ve sıvı ortamlarında kararlı değilken, 75 Watt boşalım gücü değerine sahip ince filmler her iki ortamda da kararlı bir karakteristik sergilemişlerdir. Etilendiamin ince filmlerinden alınan FTIR-ATR ölçümlerinde, 75 Watt değerinin aşağısında ve üzerinde boşalım gücüne sahip ince film yüzeylerinde amin grupları gözlemlenmemiştir. Dolayısıyla FTIR-ATR ölçümleri uyarınca, etilendiamin ince film parametresi 75 Watt 5 dakika şeklinde optimize edilmiştir. Çalışma sonucuna ulaşan en iyi örnekler, n-hekzan ön kaplamalı ve ön kaplamasız etilendiamin ince filmler olmuştur. Söz konusu ince filmler üzerinde atmosfer ve sıvı ortamda kararlılık çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar göstermiştir ki; n-hekzan ön kaplaması ile etilendiamin kaplaması arasında güçlü bir bağ oluşmuş ve farklı ortamlarda yüzey kararlılığı sağlanmıştır. Sonuç olarak; n-hekzan ön kaplaması ile gerçekleştirilen plazma polimerizayson tekniği ile üretilen ince filmlerde, atmosfer ve sıvı ortamında kararlı yapı elde edilmiş ve yıpranma hızı azaltılarak biyoteknoloji uygulamalarına uygun yüzeyler elde edilmiştir.
Sıralı nanoçubuklarla bezeli kolajen: Jelatin filmlerin osteoblast davranışına etkisinin araştırılması
Yapılan etiyolojik çalışmalarda, diş implantlarının vücut tarafından ameliyat komplikasyonları, enfeksiyon, sigara kullanımı, ileri yaş ve aşırı yüklenme gibi nedenlerle reddedilme sıklığının dünya genelinde %10-20 arasında değiştiği belirtilmektedir. Bu yüksek reddedilme oranlarının altındaki temel neden maksilla ve mandibula ile implantın optimum seviyede bütünleşememesidir. Bu durumun oluşmasını engellemek için kullanılabilecek yöntemlerden birisi de implant yüzeyinin doğal dokuya benzerliğinin sağlanmasıdır. Dişin periodontal ligament yapısında bulunan Sharpey fiberleri incelendiğinde bu yapıların alveolar kemiğe dik olarak uzandığı ve kemik ile diş arasındaki bağlantıyı sağladığı tespit edilmiştir. Tezin ilk aşamasında Sharpey fiberlerini biyomimetik olarak taklit etmek için anodize alüminyum oksit (AAO) membranlar kullanılmıştır. İki aşamalı anodizasyon yöntemi ile üretilen ve kalıp olarak kullanılan AAO membranlardan, uygun konsantrasyon ve viskozitede kolajen:jelatin karışımından oluşan sıralı nanoçubuklarla bezeli yüzeyler elde edilmiştir. Kontrol grubu olarak düz silikon yongadan elde edilen ve nano yapıya sahip olmayan filmler ile nanoçubuk yapısına sahip filmler, stabiliteleri ve mekanik özellikleri açısından karşılaştırılmıştır. Nanoçubuklarla bezeli filmlerin karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile yapılmıştır. Elde edilen kolajen:jelatin nanoçubuklarla bezeli olan ve olmayan filmler üzerinde SAOS-2 hücre hattının tutunum, çoğalma ve mineralizasyon davranışı incelenmiştir ve TCP yüzey ile karşılaştırma yapılmıştır. Hücreler üzerindeki kalsiyum ve fosfatın kantitatif analizi için EDX yöntemi kullanılmıştır. Çalışmalar sonucunda nanoçubuklarla bezeli filmler üzerinde hücre tutunumu yoksa nano yapının en fazla 24 saat; hücre tutunumu varsa en az 21 gün korunduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, nanoçubuklarla bezeli filmlerin düz yapıdaki filmlere ve TCP yüzeye göre daha iyi tutunup çoğaldığı fakat daha az mineralize olduğu anlaşılmıştır.
Psödoeksfoliasyon sendromu ve glokomu ile clusterin genetik polimorfizmleri ve clusterin gözyaşı ve aköz humor seviyeleri arasındaki ilişkinin incelenmesi
Psödoeksfoliasyon sendromu (PES), yaşa bağlı olarak gelişen, hücre dışı matrikste lifsi materyallerin hem oküler dokularda hem de çeşitli iç organlarda birikmesi ile karakterize edilen sistemik bir bozukluktur. Psödoeksfoliasyon sebebiyle oluşan glokoma psödoeksfoliatif glokom (PEG) adı verilir ve PEG tedavi edilmediğinde körlüğe sebep olabilmektedir. Bu nedenle PEG ve PES hastalığına yol açan potansiyel faktörlerin bulunması ve PEG gelişme riski olan PES hastalarının tespit edilmesi büyük önem taşımaktadır. Clusterin proteini hücresel stres durumlarında, yanlış katlanmış proteinlerin stresle tetiklenen çökelmesi ve yığışmasının önlenmesini sağlar. Isı şoku ve oksidatif stres gibi hücresel stres durumlarında clusterin ifadesi indüklenmektedir. PES hastalarında gözün ön kamarasındaki oksidatif ortam nedeniyle protein yanlış katlanmalarının meydana gelmesine rağmen PEG ve PES hastalarının aköz humor örneklerinde clusterin ifadesi azalmıştır. Clusterin ifadesindeki azalmanın sebeplerinden biri genetik polimorfizmler olabilir. Bu çalışma PEG ve PES riski ile clusterin genetik polimorfizmleri ve aköz humor ile gözyaşındaki clusterin protein seviyeleri arasındaki ilişkiyi incelemeyi amaçlamıştır. Bu çalışma kapsamındaki 213 PEG hastası, 214 PES hastası ve 215 kontrol bireyin tam kan örnekleri ile clusterin genetik polimorfizmlerinin genotiplemeleri PCR-RFLP ve real-time PCR yöntemleri ile yapılmıştır. 12 PEG hastası, 17 PES hastası ve 22 kontrolün aköz humor örneği ile 80 PEG hastası, 81 PES hastası ve 80 kontrolün gözyaşı örneğinin clusterin ve total protein konsantrasyonu analizleri ise ELISA ve Bradford yöntemleri ile yapılmıştır. Tüm örnekler Sağlık Bilimleri Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Gülhane Eğitim ve Araştırma Hastanesi Göz Hastalıkları Servisi'nden (Ankara) alınmıştır. Bu çalışma erkek olmanın PEG riskini ~2 kat arttırdığını göstermiştir. Clusterin rs11136000 C/T, rs1532278 C/T ve rs2279590 C/T için TT genotipi ~3 kat koruyucu, rs3087554 A/G için ise AA genotipi PEG hastalığında ~2.4 kat koruyucu görünmektedir. Birleştirilmiş haplotip analizine göre, clusterin rs11136000 C/T, rs1532278 C/T ve rs2279590 C/T için CC genotipi ile rs3087554 A/G için GA genotipine sahip olmak PEG ile PES hastalıkları için ayırt edici olabilir gibi görünmektedir. Aköz humor örneklerindeki clusterin ve total protein konsantrasyonu ile gözyaşı örneklerindeki total protein konsantrasyonu PEG hastalarında PES hastalarına ve kontrollere kıyasla istatistiksel olarak anlamlı seviyede yüksektir. Gözyaşında clusterin seviyesini ve Türk toplumunda aköz humordaki clusterin seviyesini inceleyen herhangi bir çalışma bulunmamaktadır ve bu yönüyle bu çalışma ilktir. Clusterin rs1532278 C/T PEG ve PES kapsamında, clusterin rs3087554 A/G Türk popülasyonunda, clusterin rs2279590 C/T ise PEG ve PES kapsamında Türk popülasyonunda ilk kez bu çalışmada incelenmiştir. İleride bu konularda daha fazla çalışma yapılarak bu sonuçlar onaylanabilir ve biyobelirteç olarak kullanılacak bir parametre geliştirilebilir. Bu çalışma bu yönüyle Biyomedikal Mühendisliği'ne katkı sağlayan, ileride geliştirilecek tanı ve tedavi araçları için alt yapı hazırlayan bir proje özelliği taşımaktadır. Anahtar Kelimeler: Psödoeksfoliasyon, Glokom, Clusterin, rs11136000 C/T, rs3087554 A/G, rs1532278 C/T, rs2279590 C/T, Genotip, Polimorfizm, Aköz humor, Gözyaşı.
Psödoeksfoliasyon sendromu ve glokomu ile bağ dokusu büyüme faktörü (CTGF) genetik polimorfizmleri ve ctgf gözyaşı ve aköz seviyeleri arasındaki ilişkinin incelenmesi
Psödoeksfoliasyon sendromu (PES) göz dokularında anormal fibriler materyallerin üretilmesi ve birikmesi ile karakterize bir hücre dışı matriks hastalığıdır. Bazı durumlarda psödoeksfoliyatif materyal birikmesi sonucu aköz humor sıvısının drenajını sağlayan kanalların tıkanarak göz içi basıncının artıp optik sinire zarar vermesine ve glokom (PEG) oluşmasına neden olur. PEG görme alanında daralmaya ve sonunda tam görme kaybına neden olabilir ve bu durumun tedavisi yoktur. PES'in patofizyolojisinde elastik mikrofibrillerin fazla üretilmesi önemli yer tutmaktadır. Bu nedenle büyüme faktörlerinin patofizyolojide rolü olabileceği düşünülmüştür. PES'de TGF-β1'in normalden yüksek seviyelerde ifade edildiği görülmüştür ve CTGF ifadesi TGFβ tarafından indüklendiği için PES patofizyolojisinde CTGF'nin rolü olabileceği düşünülmüştür. Bu nedenle CTGF ifade seviyelerini etkilediği düşünülen rs6918698G/C, rs9399005C/T, rs9402373C/G, rs12526196T/C polimorfizmlerinin ve gözyaşı ile aközdeki CTGF konsantrasyonlarının çalışılması, bunların hem birbirleri ile hem de PEG ve PES ile ilişkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. 213 PEG, 214 PES ve 215 kontrolün kan örnekleri ve bu kişilerin bir kısmının gözyaşı ve aköz örnekleri Sağlık Bilimleri Üniversitesi, Gülhane Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Göz Hastalıkları ABD (Ankara) tarafından toplanmıştır. Genotipleme analizlerinde rs6918698G/C ve rs9399005C/T için PCR-RFLP, rs9402373C/G ve rs12526196T/C için eş zamanlı PCR yöntemleri kullanılmıştır. Gözyaşı ve aközdeki total protein konsantrasyonları Bradford assay yöntemi ile, CTGF konsantrasyonları ise ELISA metodu ile belirlenmiştir. Yapılan lojistik regresyon analizine göre PEG ile erkek olmak 1.8 kat ilişkili çıkmıştır. Çalışmadaki polimorfizmlerin genotiplerinin tEK 2aşlarına PEG ya da PES ile anlamlı bir ilişkisi bulunmamıştır. Ancak dört polimorfizmin her biri için genotipleme çalışmaları Türk toplumunda ilk kez yapılmış ve alel frekansları belirtilmiştir. İkili ve üçlü SNP genotip kombinasyonlarının PEG, PES ve kontrol gruplarında görülme frekanslarına göre yapılan analizlerin sonucunda bazı genotip kombinasyonlarının PES ve PEG için riskli ya da koruyucu etkiye sahip olabilecekleri görülmüştür. Gözyaşı ve aközdeki total protein konsantrasyonları PEG grubunda, PES ve kontrollere göre anlamlı seviyede yüksek bulunmuştur. Gözyaşı CTGF konsantrasyonunun PEG ve PES hastalarında kontrollerden anlamlı derecede yüksek olduğu görülmüştür. Gözyaşı ve aközdeki CTGF konsantrasyonu, total protein konsantrasyonu ve total protein içindeki CTGF oranı ile SNP bölgeleri arasında korelasyon görülmemiştir. Aynı zamanda bu parametreler için gözyaşı ve aköz arasında da bir korelasyon görülmemiştir. CTGF rs6918698G/C, rs12526196T/C, rs9402373C/G polimorfizmleri ve gözyaşında CTGF konsantrasyonunun PES ve PEG ile ilişkisi ilk kez bu çalışmada ele alınmıştır ve bundan sonra yapılacak çalışmaları yönlendirebilecek öneme sahiptir. Bu çalışmada dünyada ya da Türkiye'de ilk kez çalışılmış ilişkiler yer almaktadır ve bunlardan elde edilmiş veriler biyoinformatik alanında değere sahiptir. Aynı zamanda çalışmada bulunan ilişkilerden yola çıkılarak PES ve PEG teşhisi için kullanılabilecek biyobelirteçler bulunabilir, bunlara yönelik tanı laboratuvarlarında kullanılmak üzere cihazlar geliştirilebilir. Bu çalışma bu yönleriyle biyomedikal mühendisliğine katkı sağlamış bir proje niteliğindedir.
Fenilketonüri tanısına yönelik QTF-tabanlı kütle hassas immünosensör geliştirilmesi
Otozomal resesif bir hastalık olan fenilketonüri, L-fenilalaninin vücutta birikmesi sonucu açığa çıkan ciddi bir hastalıktır. Fenilketonüri hastalığı, ağırlıklı olarak fenilalanin hidrogenaz enzimini sentezleyen 12. kromozomda oluşan mutasyondan kaynaklanmaktadır. Tedavi edilmemesi durumunda, vücut sıvılarındaki L-fenilalaninin miktarı yükselerek; epilepsi, mikrosefali, egzema ve skleroderma benzeri deri lezyonları, gelişim ve zeka geriliği gibi hastalıklara neden olmaktadır. Bu seviyede ciddi sonuçları olan bu hastalığın, erken teşhisinin yapılarak zaman kaybedilmeden tedavisine başlanması büyük önem taşımaktadır. Günümüzde bu hastalığın tanısı, yenidoğan tarama programı kapsamında zorlu bir ön hazırlık süreci gerektiren, karmaşık ve pahalı cihazlar ile koyulmaktadır. Bu nedenle bahsi geçen hastalığın teşhisinde kullanılabilecek, kolay uygulanabilir, hızlı/doğru cevap veren ve ekonomik tanı yöntemlerinin geliştirilerek klinik uygulamalara kazandırılması önem teşkil etmektedir. Bu nedenle doktora tez çalışması kapsamında, fenilketonüri hastalığının teşhisinde kullanılması amacıyla, yüksek performans, hızlı cevap verme ve ekonomik özellikleriyle ön plana çıkan QTF çevirici yüzeyler plazma ile modifiye edilmiş ve ex-vivo ortamdaki L-fenilalan düzeyinin ölçümünü gerçekleştiren QTF-tabanlı bir immünosensör geliştirilmiştir. Bu hedef doğrultusunda öncelikle QTF yüzeyleri plazma polimerizasyon işlemi ile iki aşamada fonksiyonelleştirilmiştir. Fonksiyonelleştirilme işleminin ilk aşamasında, amino grubu içeren plazma modifiye filmlerdeki stabilite problemini aşmak amacıyla QTF çevirici yüzeyleri hidrokarbon bazlı bir prekursör olan n-hekzan ile farklı boşalım güç ve uygulama sürelerinde modifiye edilmiştir. Stabilite testleri ve kimyasal analizler sonucunda, 30 gün boyunca kararlı ince film eldesini sağlayan optimum plazma parametreleri 75 W- 10 dakika olarak belirlenmiştir. İkinci aşamada ise; QTF çevirici yüzeyler, amino grubu içeren etilendiamin (EDA) monomeriyle modifiye edilerek antikor immobilizasyonuna uygun olacak şekilde fonksiyonelleştirilmiştir. Karakterizasyon işlemleri sonucunda, fonksiyonel ince filmlerin üretimi için optimum plazma parametreleri; 75 W-1, -5 ve -10 dakika olarak belirlenmiştir. N(hex) ve EDA modifikasyonları gerçekleştirilen çevirici yüzeylerinin aktifleştirilmesi amacıyla, film yüzeyler farklı süre ve ortamlarda glutaraldehit ile muamale edilmiş, antikor immobilizasyonuna uygun yüzeyler %25 (v:v) gluteraldehit çözeltisi içerisinde 2 saatlik inkübasyon süresi sonucunda elde edilmiştir. İmmünosensör tasarımı aşamasında, aktifleştirilmiş çevirici yüzeyler 1-20 µg/µl konsantrasyon aralıklarında anti-fenilalanin ile dekore edilerek biyolojik tanıyıcı tabaka üretimi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen immünosensörün L-fenilalanine karşı cevabı takip edilerek antikor miktarı 10 µg/µl olarak optimize edilmiş ve ölçüm performansı incelenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma ile litertürde ilk defa fenilketonüri tanısında kullanılabilecek QTF-tabanlı bir kütle hassas immünosensör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Üretilen immünosensör platformunun gelecek immünosensör çalışmalarına alt yapı niteliğinde olacağı düşünülmektedir.
Kontrollü ilaç salım sistemlerinin modellenmesi ve tasarlanması
Günümüzde, kontrollü ilaç salımı yapabilen sistemlerin (ilaç molekülleri ile katkılanmış polimer tabanlı matrisler) tasarımı ve üretimi önemli bir bilimsel ve teknolojik araştırma konusu haline gelmiştir. Bu sistemlerin amacı; istenilen ilacın, vücutta istenilen bölgede, istenilen miktarda (terapötik) ve istenilen süre boyunca bulunmasını sağlamaktır. Bu tip ilaç salım sistemlerinin kullanımı konvansiyonel ilaçlara kıyasla birçok avantajlar içermektedir: Öncelikle, ağız yolu ile alınan konvansiyonel ilaçlarda ilaç moleküllerinin kan yolu ile vücudun her yerine iletilmesi (sistemik etki) sonucu karşılaşılan yan etkilerin kontrollü salım ile azaltılabileceği bilinmektedir. Buna ek olarak, ilacın tedavi dozunun ve tedavi süresinin ayarlanması bu tür sistemler ile çok daha kontrollü bir şekilde yapılabilmektedir. İstenilen kontrollü ilaç salım sistemlerinin tasarlanarak üretilebilmesi için bu sistemlerdeki ilaç salım kinetiğinin anlaşılması gerekmektedir. İlacın salım kinetiği, hastaya, vücutta uygulandığı bölgeye ve ilaç ve katkılandığı polimerin özelliklerine (türü, geometrisi, por yapısı, kristalleşme derecesi, moleküler ağırlığı, hidroliz hızı, su ve ilacın difüzyon katsayıları vb.) bağlıdır. İlaç salım kinetiğini kontrol eden mekanizmalar plazmanın (su) ilaç sistemi içerisine difüzyonu, ilaç moleküllerinin polimer matristen hidroliz ile ayrılması, serbest hale geçen ilaç moleküllerinin polimer matris içerisinde difüzyonu sonucu plazmaya geçişi ve vücutta bu ilaç moleküllerinin metabolize olması şeklinde özetlenebilir. Bu tez kapsamında, bu dört ana mekanizma yukarıda bahsedilen parametreleri içeren diferansiyel denklemler ve uygun sınır koşulları ile tanımlanmıştır. Bu diferansiyel denklem sistemleri çeşitli sayısal yöntemler ile 3-boyutlu uzayda çözülmüş ve sonuçta bir simülasyon programı ortaya çıkarılmıştır. Geliştirilen bu program kullanılarak gerçekleştirilen simülasyonlar ile hem farklı sistem parametrelerinin salım kinetiğine etkileri hem de bu parametrelerin birbirleriyle olan etkileşimleri incelenmiştir. Sonuçlar, kontrollü ilaç salım sistemlerinin tasarımında kullanılabilecek haritalar (faz diyagramları) olarak ortaya konulmuştur. Bu tez kapsamında elde edilen bu haritaların kullanılması ile istenilen süre boyunca terapötik etki gösteren ilaç sistemleri (ilaç ve polimer), şekil, boyut ve başlangıçta yüklenen ilaç miktarlarının uygun bir şekilde ayarlanmasıyla tasarlanabilecektir. Anahtar Kelimeler: Kontrollü ilaç salım sistemleri, Modelleme, Difüzyon, Üçlü diyagramlar, Simülasyon.
Meme kanseri tedavisinde doksorubisin yüklü melanin nanoparçacıkların kullanımı
2014 yılı verilerine göre, Türkiye'de kadınlarda en sık görülen kanser türü meme kanseridir (43/100000). Tanı konulan her 4 kadın kanserinden 1'i meme kanseridir. Meme kanserinin tedavisi için klinikte kullanılan yöntemler; cerrahi tedavi, kemoterapi, radyoterapi, hormon tedavisi ve hedefe yönelik tedavidir. Doksorubisin, meme kanseri tedavisinde kullanılan en etkili kemoterapi ilaçlarından biridir. Doza bağlı toksisite, ilaca karşı direncin ortaya çıkması ve kanser hücrelerine karşı düşük seçiciliği, doksorubisinin klinikte kullanımını kısıtlamaktadır. Bu dezavantajları ortadan kaldırmaya yönelik yaklaşımların başında nanoteknoloji gelmektedir. Nanoteknolojideki gelişmelerin ilaç taşıyıcı sistemlere önemli ölçüde etkisi vardır. Nano boyuttaki ilaç taşıyıcı sistemler ilacın kontrollü salınımı, kimyasal kararlılık, yüzeylerinin kolay modifikasyonu ve ilacı immün sistemden koruyabilme özelliklerinden dolayı ilacın yarı ömrünü uzatmakta, biyoyararlanımı arttırmakta, olası yan etkileri azaltmakta ve terapötik pencereyi genişletmektedir. Nanoparçacıklar, birçok klinik uygulama ve araştırmada ilaç taşıyıcı sistem olarak önemli rol oynamaktadır. Nanoölçekte farklı geometrideki platformlara, lipozom, misel, dendrimer, nanokabuk, albümin temelli ve polisakkarit temelli nanoparçacıklar, metalik, seramik ve polimerik nanoparçacıklar örnek verilebilir. Bu çalışma kapsamında kulanılan melanin; biyouyumlu, biyobozunur, metal iyonları ile şelat yapabilen, ilaçlara bağlanabilen ve doğal fotoakustik özellikleri bulunan bir polimerdir. Bu tez çalışması sürecinde; i) melanin nanoparçacık (MNP) sentezlenmesi, ii) polietilen glikol (PEG) ile melanin nanoparçacıkların modifikasyonu, iii) PEG ile modifiye edilmiş melanin nanoparçacıklara doksorubisin (DOX) yüklenmesi iv) salım profilinin incelenmesi, v) in vitro deneyler ile önerilen ilaç taşıyıcı sistemin sağlıklı hücrelerde ve meme kanseri hücrelerinde hücre canlılığına etkisinin incelenmesine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen nanoparçacıkların morfolojisi geçirimli elektron mikroskopu (TEM) ile, kimyasal yapısı Fourier dönüşümlü kızıl ötesi (FT-IR) spektrometre analizi ile, yüzey yükü zeta potansiyel analiz cihazı ile, ışığı absorblama özelliği ise ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) absorpsiyon spektroskopisi kullanılarak incelenmiştir. Nanoparçacıkların ilaç yükleme kapasitesi ve ilacı salma profili UV-vis spektrofotometre cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Kolorimetrik bir metod olan 3-(4,5-dimetiltiyazol2-yl)-2,5-difeniltetrazolyum-bromür (MTT) testi ile hücre canlılığı takip edilmiştir. Yapılan testler sonucunda melanin nanoparçacıkların, PEG ile modifiye edilmiş melanin nanoparçacıkların ve PEG ile modifiye edilmiş doksorubisin yüklü melanin nanoparçacıkların sırasıyla 50, 30, ve 15 nm boyutlarında küresel şekilde oldukları ve yüzey yüklerinin -24, -22, ve -40 mV olduğu saptanmıştır. Önerilen sistemin kontrollü ilaç salımı yaptığı ve hücre testleri sonucunda sağlıklı hücrelere herhangi bir toksik etki göstermezken, konvansiyonel yöntemle karşılaştırıldığında meme kanseri hücrelerini etkili bir şekilde öldürdüğü görülmüştür. Bu tez çalışmasında polietilen glikol (PEG) ile modifiye edilmiş doksorubisin yüklü melanin nanoparçacıkların, biyomedikal alanındaki araştırmalarda ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanılması için önerilebileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Melanin, Doksorubisin, Nanoparçacık, İlaç taşıyıcı sistemler, Kontrollü ilaç salımı.
Ultrasonografi eğitimi için balistik jelatin esaslı fantom geliştirilmesi ve özelliklerinin araştırılması
Simülasyon, ultrason görüntüleme modlarını öğrenmek için hastalara ulaşmakta güçlük çeken sağlık çalışanları için önemli bir araç haline gelmiştir. Ultrason fantomları, test cihazlarının performansını değerlendirmek, analiz etmek ve ayarlamak amacıyla kullanılan veya özel olarak tasarlanan nesnelerdir. Ultrasonografi cihazları için bu fantomlar pahalıdır ve düşük maliyetli alternatifler en iyi sonucu veremeyen bir eğitim deneyimi sağlamaktadır. Balistik jelatin, mekanik özellikleri açısından insan kas dokusuna benzeyen 250A-Bloom hidrojel ailesinin bir üyesidir. Bu tez kapsamında 250A-Bloom Balistik Jelatin, silah, sıkıştırma ve elektriksel iletkenlik ölçümü gibi testlerin yapılması amacıyla farklı karışım oranlarıyla hazırlanmıştır. Sonuçlar, hazırlanan modelin insan kas dokusuna benzerliğini ölçmek amacıyla insan kas dokusunun mekanik sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Fantom modelinin, mekanik test sonuçları zamana bağlı özelliklerinde insan kas dokusuna çok yakın mekanik özelliklere sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca oluşturulan modelin, eğitimlerde kullanımında mekanik özellikleri açıdan bozunma olmadan ne kadar süre dayanabileceği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara dayanarak, hazırlanan modelin ultrason cihaz eğitimlerinde bir ultrason fantomu olarak kullanılması önerilmektedir. Bu model çok daha ekonomik bir alternatif olmasının yanında üretimi kolaydır.
Üroflovmetre-elektromiyografi sinyalleri sınıflandırılarak alt üriner sistem disfonksiyonu için tıbbi karar destek sistemi oluşturulması
Alt Üriner Sistem Disfonksiyonu (AÜSD) özellikle çocuklarda oldukça yaygın olarak görülen geniş bir hastalık grubudur. İdrar tutamama, sık idrara çıkma, sıkışma hissi ve zayıf idrar akımı en sık görülen AÜSD semptomlarıdır. AÜSD tespiti için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Günümüzde pediatrik yaş grubunda AÜSD hastalıklarının teşhisinde ve uygulanacak tedavinin takip edilmesinde, üroflovmetre (UF) ve elektromiyografi (EMG) sinyallerinin eş zamanlı olarak kayıt altına alındığı UF-EMG testi sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tezin amacı UF-EMG sinyallerini farklı sınıflandırma algoritmaları aracılığıyla sınıflandırarak en iyi sınıflandırma performansını gösteren sınıflandırma metodunu belirlemektir. Belirlenen en iyi sınıflandırma metodu aracılığıyla sağlık personeline hastaların teşhis ve tedavisinde yardımcı olmak, UF-EMG sonuçlarının yorumlanmasında kolaylık sağlamak hedeflenmiştir. Bu tez çalışmasında üç farklı sınıflandırma yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemler K-En Yakın Komşu algoritması, Destek Vektör Makineleri ve Yapay Sinir Ağları'dır. Tez çalışmasında UF-EMG sinyalleri analiz edilerek sınıflandırma algoritmalarının çıktıları altı farklı gruba ayrılmıştır. Bütün veri seti uzman hekim tarafından analiz edilmiş olup sonuçlar uzman hekim kararının altın standart olduğu dikkate alınarak hesaplanmış, en başarılı sınıflandırma performansını 'İleri Beslemeli Çok Katmanlı Yapay Sinir Ağları' sisteminin gösterdiği belirlenmiştir.
Nöraminidaz-oseltamivir etkileşiminin homoloji modellemesi, moleküler kenetleme ve moleküler dinamik teknikleri ile analizi
Yeni bir ilaç molekülünün tasarlanması, sentezlenmesi ve onaylanıp piyasaya sürülmesi yıllar süren ve milyarca dolarlık maliyet gerektiren bir süreçtir. Bu sürecin hızlandırılması ve maliyetin azaltılması için bilgisayar destekli ilaç tasarımı çalışmaları kullanılmaya başlanmıştır. Bilgisayar destekli ilaç tasarımı, ligand ile protein arasındaki bağlanma kinetiği ve ligandın bağlanma bölgesi bilgilerine dayanarak potansiyel ilaç moleküllerini belirlemek için kullanılır. Bu tez kapsamında örnek olay incelemesi olarak influenza A virüsü seçilmiş ve bu virüs üzerinde bir yüzey proteini olan Nöraminidaz (NA) proteini kullanılmıştır. Mevsimsel H1N1 influenza A virüsü, insan sağlığını olumsuz yönde en çok etkileyen virüslerden bir tanesidir ve her yıl ciddi oranda hastalık ve ölüme neden olmaktadır. Günümüz dünyasındaki jenerik antiviral ilaçlar (oseltamivir (OTV), zanamivir (ZMR), peramivir (PRV) ve laninamivir (LNR)), Nöraminidaz enziminin aktivitesini engellemek üzere tasarlanmıştır. Ancak, virüslerde meydana gelen mutasyonlar, virüslerin ilaçlara karşı direnç kazanmalarına ve bu nedenle antiviral ilaçların etkilerini yitirmelerine neden olabilmektedir. Bu nedenle, ilaçların hedef aldığı yapılardaki direnç mekanizmalarının anlaşılması, günümüzde kullanılan ilaçların verimliliğini belirleyebilmek ve yeni ilaç tasarımları yapabilmek için büyük önem taşımaktadır. Bu amaç doğrultusunda, çalışmada öncelikle, ilaç direnci gösterdiği bilinen mutant NA proteinlerinin, kristal yapısı mevcutsa PDB (Protein Data Bank)'den, kristal yapısı mevcut değilse de homoloji modellemesi ile moleküler yapıları elde edilmiştir. Daha sonra, protein-ligand etkileşimlerini gözlemlemek amacıyla bu yapılar kullanılarak NA ve ilaç molekülü için moleküler yerleştirme (docking) çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar ile, ilaç moleküllerinin NA proteini üzerindeki bağlanma bölgesi ve konformasyonları belirlenmiş ve mevcut deneysel kristal yapılarla karşılaştırmaları yapılmıştır. Son olarak, şemsiye örneklemesi (umbrella sampling) yöntemi ile, ligand ile kompleks halinde kristal yapısı bilinen NA'lar kullanılarak ligandın proteinden minimum enerjiye sahip yolaklar üzerinden uzaklaştırılması sırasındaki kuvvetler hesaplanmış, deneysel ve diğer hesaplamalı yöntemlerle karşılaştırmalar yapılmıştır. Böylelikle, bilgisayar destekli çalışmalar kullanılarak bir protein-ligand sistemi için gerçek hayata en yakın ve doğru sonuçları veren yöntem ve simülasyon parametreleri belirlenmiştir. Bu çalışmaların, ilaçların etki mekanizmalarının anlaşılmasında ne tür bilgisayar destekli yöntemlerin kullanılması gerektiği konusunda yol göstererek, olası mutasyonlar sonucunda karşılaşılan yeni tip virüslere var olan ilaçların etkilerinin belirlenmesinde ve/veya yeni ilaçların geliştirilmesinde yardımcı olması beklenmektedir.
Yönlendirilmiş doku rejenerasyonuna yönelik PCL/kitosan içeren formülasyonların geliştirilmesi
Periodontitis, periodontal dokularınzarar görmesine neden olan ve diş kaybı ile sonuçlanan kronik inflamatuar bir hastalıktır. Yönlendirilmiş doku rejenerasyonu (YDR), yıllardır periodontal rejenerasyon için altın standart olarak kabul edilmekte ve kronik periodontitis hastaların klinik parametrelerinin iyileştirilmesinde etkili olduğu bilimsel literatürde ifadeedilmektedir.YDR'nin periodontoloji klinik uygulamaları; kemik ve dokunun yeniden büyümesini sağlamak ve kaybedilen periodontal yapıları yeniden oluşturmak için fiziksel bir bariyer sağlayacak olan membranın yerleştirilmesini kapsar. Bu çalışmada; cerrahi işlem sonrası oluşabilecek enflamasyonu engelleyecek ve lokal antienflamatuar ilaç salımını sağlayacak kitosan kaplı PCL membranların elektroeğirme yöntemi ile üretilmesi ve bu membranların periodontal yara iyileştirici potansiyellerin in vitro olarak araştırılması amaçlanmıştır.YDR amaçlı PCL membranların elektroeğirme yöntemi ile üretilmesi için optimizasyon çalışması yapılmış ve %20PCL (a/h) optimum polimer konsantrasyonu olarak tercih edilmiştir. Optimize edilmiş olan %20 PCL (a/h) fiberlere %5 ve %15 (a/h) Metronidazol yüklenmiş ve fiberler daha sonra kitosan %5 (a/h) ile kaplanmıştır. Üretilmiş olan membranların karakterizasyonu için viskozite analizi, optikmikroskop,FTIR, SEM,temas açısı analizi, mekanik, degredasyonve in vitro salım testi yapılmıştır. Optik mikroskop,FTIR ve SEM analizi sonuçları PCL fiberlerin başarılı bir şekilde oluşturulduğunugöstermiştir. FTIR ve SEM analizi sonuçları ile Metronidazolün PCL fiberlere başarılı bir şekilde yüklendiğini ve kitosan ile kaplandığı görülmüştür. SEM sonuçları karşılaştırıldığında Metronidazol miktarının %0'dan %15'e yükseltilmesi ortalama çapı 2,0±0,29µm'den 0,494±0,22 µm'ye, PCL'in kitosan ile kaplanması sonucu ise ortalama çapı 0,792±0,26µm'ye düşürmüştür. PCL'in temas açısı 114,51±2,10° iken, kitosan kaplı PCL'in 71,29±0,29°, %5 ve %15(a/h)Metronidazol yüklü PCL'in ise 76,02±4,46° ve 52,55±1,69°olarak hesaplanmıştır. Temas açısı sonuçları, PCL'in kitosan ile kaplanması veMetronidazol yüklenmesinin, PCL'in hidrofilik özelliğini arttırdığını göstermektedir. Mekanik test analizi sonuçlarına göre PCL'in young modülü 25,56±3,99 MPa ve çekme gerilim direnci 3,64±0,53 mm/mm iken, kitosan eklenmesiyle mekanik direnci zayıflamış ve young modülü 5,04±1,16 MPa ve çekme gerilim direnci 1,67±0,37mm/mm olarak ölçülmüştür.Yirmi sekiz gün boyunca yapılan degredasyon çalışması sonuçları, kitosan kaplı PCL'in 28. günün sonunda % 93'ünün bozunduğunu ve bu süreç sonunda fiber yapısını hala koruyabildiğini göstermiştir. Membranlardan %5 ve %15 (a/h)Metronidazolün in vitro salım çalışmaları yirmisekiz gün boyunca25° C ve 37° C'de yapılmıştır.28. günün sonunda Metronidazolün 25° C'deki ilaç salımı %72,04±0,09 iken, 37° C'deki ilaç salımı %91,44±0,37 bulunmuştur.Yapılan analizler sonrasında, hazırlanan Metronidazol yüklü membranların biyomedikal ve doku mühendisliği uygulamalarında YDR amacıyla kullanılabilme potansiyeli başarılı bir şekilde gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Periodontitis, Yönlendirilmiş doku rejenerasyonu, PCL, Kitosan, Elektroeğirme yöntemi, Metronidazol
Proteinlerin mutasyon haritalarının çıkarılarak evrimsel değişimlerinin tahmin edilmesi: Örnek olay incelemesi olarak nöraminidaz proteini (H1N1 virüsü)
Tarih boyunca virüsler ve bakteriler dünyada birçok insanın yaşamını yitirmesine sebep olmuştur. Penisilinin bulunması ve sonrasında geliştirilen antibiyotik ve antiviral ilaçlar ile ölümler büyük oranda azaltılabilmiştir. Ancak, 1960'lı yıllardan itibaren bazı virüs ve bakterilerin ilaçlara karşı direnç gösterdikleri gözlenmektedir. Bu virüslere ve bakterilere karşı ilaçların etkinliği azalmakta hatta bazı ilaçlar hiç etki gösterememektedir. Bir ilaç tasarımı ve üretimi için uzun bir süreye ihtiyaç vardır ve bu süre içerisinde değişime uğramış virüslere karşı önlem alınması zor olmaktadır. Bu nedenle virüslerin evrimsel süreçlerinin anlaşılması, ileride karşılaşılabilecek tehlikeli (ilaçlardan etkilenmeyen) virüslere karşı önlem almak büyük bir önem taşımaktadır. Virüslerin evrimsel değişimi genetik materyallerinde gerçekleşen mutasyonlar yani değişimlerle meydana gelmektedir. Genetik materyalde (DNA ya da RNA) gerçekleşen mutasyonlar, proteinlerin yapılarında değişikliğe sebep olabilmektedir. Proteinlerin amino asit dizilimlerindeki değişiklikleri tanımlamak için oluşturulmuş skorlama fonksiyonları vardır. Bu tezde farklı skorlama fonksiyonları biyolojik ve matematiksel özellikleri ile birlikte açıklanmakta ve birbirleri arasındaki ilişkiler yorumlanmaktadır. Bu bilgiden yararlanarak evrimsel süreçte oluşabilecek olası sekansların tahmin yöntemlerinden bahsedilmektedir. Örnek olay incelemesi olarak birçok ölüme sebep olan domuz gribi virüsü H1N1 kullanılmaktadır. İleride oluşabilecek protein sekanslarını/yapılarını tahmin etmek, antiviral ilaçlara karşı direnç mekanizmalarını anlamak ve yeni ilaç tasarlamak için yol gösterecektir.
Analysis of relation of attention control and mental fatigue with apnea hypopnea index in obstructive sleep apnea patients
Obstructive sleep apnea (OSA) is one of the most widespread breathing-based sleep disorders. Daytime sleepiness and mental fatigue are among the common symptoms that are reported by OSA patients. Previous studies reported cognitive decline in patients with OSA. The diagnosis of OSA is done with laborious overnight polysomnography (PSG) recording. The aim of this thesis is to classify OSA patients according to their Apnea – Hypopnea Index (AHI) and Epworth scores using electroencephalography (EEG) signals that recorded during resting-state and selective-attention-test sessions. For this aim, 25 patients participated to resting-state and selective-attention-test sessions, which lasted 13 minutes in total, following their PSG recordings. Statistical analyses were conducted to detect important features from the EEG signals. Statistically significant features were used as input to Artificial Neural Networks (ANNs). The results show that the EEG features that differed between sessions could classify the disease severity and symptoms with a 79.98% success rate on average. A decision support system that may help doctors to diagnose the disease severity was developed with ANNs.
Prostat kanserinin erken tanısına yönelik prostat spesifik membran antijeni (PSMA) tabanlı immünosensörlerin geliştirilmesi ve performanslarının karşılaştırılması
Prostat Kanseri (PK), erkeklerde genellikle periferal bazal hücrelerde gelişen bir kanser tipidir. Hastalığın klinikteki tanısında, serum Prostat Spesifik Antijeni (PSA) testi, parmakla rektal muayene (PRM) ve Trans-rektal Ultrasonografi (TRUS) gibi testler kullanılmakta, normal dışı PRM/TRUS ve/veya PSA değerinin 4 ng/mL' nin üzerinde olması gibi anomalilerden herhangi ikisi birlikte olduğunda iğne biyopsisi yapılmaktadır. Hastalığın aşamasının belirlenmesinde, yukarıda bahsi geçen test sonuçları baz alınarak Gleason Skorlaması kullanılmaktadır. Erkeklerde akciğer kanserinden sonra ikinci sırada kansere bağlı mortaliteye ve morbiditeye sebep olan bu hastalığın erken dönemde ve doğru tanısının yapılması oldukça önemlidir. Ancak serum biyobelirteci PSA'nın prostat kanserine özgü değil sadece prostata spesifik bir biyobelirteç olması hastalığın doğru tanısını engellemektedir. Bu nedenle prostat kanserinin doğru ve erken tanısında kullanılabilecek, prostat kanserine özgü biyobelirteçlere dayalı, yüksek performanslı tanı yöntemleri/testlerinin geliştirilerek klinik uygulamalara kazandırılması önem teşkil etmektedir. Bu doğrultuda, doktora tez çalışması kapsamında, prostat kanserine spesifik bir biyobelirteç olduğu literatürdeki çalışmalarda sıklıkla ifade edilen Prostat Spesifik Membran Antijeni (PSMA) ölçümünü hedef alan, kuvars ayar çatalı (QTF) tabanlı kütle hassas ve ekran baskılı elektrot (SPE) tabanlı elektrokimyasal PSMA immünosensörlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk basamağında, QTF dönüştürücü yüzeyleri sırasıyla amino gruplarınca zengin amiloid benzeri protein nanofiberler ve plazma polimerize ince filmler ile modifiye edilmiştir. Yüzey aktivasyonundan sonra, PSMA antijene özgü antikorun (a-PSMA) QTF yüzeylerine immobilizasyonu yapılmış ve geliştirilen immünosensörün hedef analiti PSMA ile etkileşimi rezonans frekansındaki değişimler ölçülerek takip edilmiştir. İkinci aşamada, elektrokimyasal tabanlı immünosensörün geliştirilmesi hedeflenmiş ve bu hedef doğrultusunda altın çalışma elektrotlu SPE' lerin yüzeyleri sisteamin fonksiyonelleştirilen altın nanoparçacıklar (Cys-AuNp) ile modifiye edilmiştir. Yüzey fonksiyonelleştirilmesi sonrasında, N,N-karbonildiimidazol (CDI) aracılığı ile antikor immobilizasyonu gerçekleştirilmiş ve geliştirilen immünosensörün hedef analiti -PSMA- ile etkileşimi sırasıyla voltametrik analiz ve empedans spektroskopisi ile test edilmiştir. Cys-AuNp modifikasyonu, elektrokimyasal immünosensörlerin analitik ölçüm performansını arttırarak pikogram seviyesindeki analitin dahi fizyolojik tampon çözeltisi (pH:7,4) ve serum ortamlarında tayin edilmesine olanak sağlamıştır. Özetle, bu doktora tez çalışması kapsamında, prostat kanserine spesifik PSMA antijeninin ve PSMA ekspresyonu gösteren hücrelerin ölçümünü temel alan, prostat kanserinin teşhisinde doğrudan/destekleyici olarak kullanılabilecek, QTF-tabanlı kütle hassas ve SPE-tabanlı elektrokimyasal immünosensörlerin tasarımları gerçekleştirilmiş ve geliştirilen immünosensörlerin performansları değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu doktora tezinde sunulan elektrokimyasal tabanlı immünosensorün prostat kanseri veya diğer kanser tiplerinde geliştirilmesi planlanan gelecekteki tanı sistemleri için bir altyapı sunacağına inanılmaktadır.
Aktif tıbbi cihazlarda fonksiyonel güvenlik gerekliliklerinin incelenmesi
Aktif tıbbi cihazlarda tehlike riski taşıyan fonksiyonlar, programlanabilir elektrikli tıbbi sistemler kullanılarak önleniyor ise bu kontrol sistemlerinde oluşacak hataların kabul edilemez riske yol açmaması gerekmektedir. IEC 60601-1 ve özel cihaz standartları programlanabilir elektrikli tıbbi sistemlerinin(PEMS) geliştirilmesi ve hayata geçirilmesi için gereklilikleri tanımlamış, cihazın risk taşıyan fonksiyonlarının koruyucu sistemler tarafından otomatik olarak yerine getirilmesini talep etmektedir. Ayrıca, Tıbbi Cihaz Yönetmeliği de tıbbi cihazlardaki programlanabilen elektronik sistemlerin süreklilik, güvenilirlik ve performans şartları sağlanacak şekilde tasarlanmasını şart koşmaktadır. Öncelikle Tıbbi Cihaz Yönetmeliği ve standartlarında güvenilirlik şartlarının nasıl açıklandığı bu tez kapsamında incelenmiştir. Tıbbi cihaz standartlarında programlanabilir kontrol sistemleri için istenilen güvenilirlik sağlama kriterlerinin, fonksiyonel güvenlik standartları ile eşleştiği tespit edilmiştir. Ancak tıbbi cihaz standartlarında kontrol sisteminin güvenlik bütünlük seviyesinin (SIL) ne olması gerektiği ve tasarımında kullanılacak tekniklerin açıklamadığı tespit edilmiştir. Bu doğrultuda otomotiv sanayi, proses güvenliği ve nükleer enerji santralleri de dahil olmak üzere emniyet kritik uygulamaların tamamında kullanılan fonksiyonel güvenlik standartlarının aktif tıbbi cihaz ürün geliştirme süreçlerinde de kullanılması ile tıbbi cihazların güvenilirliğinin sağlanacaktır. Kontrol sistemlerini oluşturan donanımların fonksiyonel güvenliği için sistematik hatalar ve rastgele donanım arızaları incelenerek, güvenilirlik hesaplamasının nasıl yapılacağı açıklanmıştır. 1oo1, 1oo2, 2oo2, 1oo2D ve 2oo3 mimari yapıları için IEC 61508 standardına göre güvenilirlik blok diyagramı metodu kullanılarak elde edildi. Daha sonra, rastgele donanım arızaları için bileşenlerin hata modları ve hata oranları kullanılarak SIL hesaplamasında kullanılacak hata oranlarının Hata Türü ve Etkileri Analizi (FMEA) ile nasıl elde edileceği açıklanmıştır. Donanım mimari yapıları için her bir alt sistemin hata olasılığının hesaplanması için MATLAB'da bir program geliştirilmiş ve örnek hata olasılıkları hesaplanmıştır. Daha sonra elde edilen değerler kullanılarak örnek bir kontrol sisteminin güvenilirlik seviyesinin nasıl artırılabileceği gösterilmiştir.
Diyabetik retinopati tedavisine yönelik doku rejenerasyonu yapan hidrojel formülasyonlarının geliştirilmesi
Diyabetik retinopati diyabete bağlı olarak gelişen, gözün vasküler ve sinir yapısında değişikliklere sebep olan kronik bir hastalıktır. Diyabetik retinopati, diyabet hastalarının %60-%75'ini etkilemektedir ve hastalığın ileri safhalarında körlüğe sebep olabilmektedir. Güncel tedavi yöntemlerinden lazer fotokoagülasyon ve göz içi iğne tedavisinin hastanın sinir dokusunu tahrip ettiği ve tedavi sürecinde hastada ağrıya sebep olduğu bilinmektedir. Diğer tedavi yöntemlerinden biri olan cerrahi operasyon ise hastalarda görme kaybına sebep olabilmektedir. Diyabetik retinopatinin tedavisi için gözün dejenere olmuş vasküler yapısında doku rejenerasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Literatürde çeşitli göz hastalıklarının tedavisinde doku rejenerasyonunu sağlamak ve kontrollü ilaç salımında kullanılmak için üretilmiş hidrojel sistemler yer almaktadır. Bu çalışmada diyabetik retinopati tedavisine yönelik olarak doku rejenerasyonu sağlayan taurin yüklü kitosan hidrojellerin üretilmesi ve karakterizasyonunun yapılması amaçlanmıştır. Diyabetik retinopati tedavisinde anti-diyabetik etkiye sahip olduğu, hücre proliferasyonunu arttırdığı ve vaskülarizasyonu sağladığı için taurin tercih edilmiştir. Çalışmada hazırlanan hidrojellere çapraz bağlanma testi, şişme testi ve viskozite testi yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda optimum kitosan konsantrasyonu %2, optimum glutaraldehit konsantrasyonu %4 olarak belirlenmiştir. Elde edilen kitosan hidrojellerin ve taurin hapsedilmiş hidrojellerin karakterizasyonu için çapraz bağlanma testi, şişme testi, viskozite testi, optik mikroskop, SEM ve FTIR analizleri yapılmıştır. Taurin hapsedilmiş hidrojellere 15 gün boyunca 25°C ve 37°C'de , pH 7,4 ve pH 8,5'da in vitro salım testi yapılmıştır. Optik mikroskop, SEM ve FTIR analizleri sonucunda taurinin hidrojele başarılı bir şekilde hapsedildiği bulunmuştur. Taurinin optimum konsantrasyonda kitosan (%2) ve glutaraldehit (%4) kullanılarak hazırlanmış boş hidrojellerde çapraz bağlanma yüzdesini ve viskoziteyi düşürdüğü, şişme yüzdesini arttırdığı bulunmuştur. Boş hidrojelin çapraz bağlanma yüzdesi %70,64 ± 3,27, taurin hapsedilmiş hidrojelin çapraz bağlanma yüzdesi %61,33 ± 0,58 olarak tespit edilmştir. Boş hidrojelin viskozitesi 2.883.333 ± 12.583,06 cP, taurin hapsedilmiş hidrojelin viskozitesi 1.075.000 ± 65.000 cP olarak ölçülmüştür. Boş hidrojelin 37°C sıcaklıkta ve pH 8,5'da, 90.dk sonunda şişme yüzdesi %7,72 ± 0,48 olarak bulunmuştur. Taurin hapsedilmiş hidrojelin 37°C sıcaklıkta ve pH 8,5'da, 90.dk sonunda şişme yüzdesi %7,93 ± 0,04 olarak bulunmuştur. In vitro salım testi sonucu elde edilen bulgulara göre pH 8,5'da sıcaklığın arttığı durumda hidrojellerden taurinin kümülatif salım yüzdesinde azalma olmuştur. Hidrojelden taurinin kümülatif salımı pH 8,5'da ve sıcaklık 25°C'de %38,47 ± 0,09, aynı pH ve sıcaklık 37°C'de %18,69 ± 0,02 olarak bulunmuştur. Vücut sıcaklığında pH'ın yükselmesiyle taurinin kümülatif salım yüzdesinde artma tespit edilmiştir. Hidrojelden taurinin kümülatif salımı sıcaklık 37°C'de pH 7,4'de %15,92 ± 0,21, sıcaklık 37°C'de pH 8,5'da %18,69 ± 0,02 olarak bulunmuştur. Taurin yüklü kitosan hidrojeller diyabetik retinopati tedavisi için başarılı bir şekilde hazırlanmış ve karakterize edilmiştir. Elde edilen bulguların doku mühendisliği teknolojilerindeki hidrojel çalışmalarına ışık tutacağı düşünülmektedir.
Siemens artiste lineer hızlandırıcı cihazının Monte Carlo Yöntemi kullanılarak modellenmesi ve enerjiye etki eden parametrelerin değerlendirilmesi
Radyoterapinin amacı, tümöre yüksek dozda radyasyon verirken, tümörün etrafında bulunan sağlıklı dokuları en iyi şekilde korumaktır. Bu amaca ulaşmak için, elde edilen doz dağılımı, kesin doğruluk içeren metotlarla doğrulanmalıdır. Monte Carlo metodu, çeşitli fiziksel süreçler için olabilecek etkileşimleri en doğru şekilde simüle eder ve rastgele sayılar kullanarak problemleri çözmeye çalışır. Bu metot, elektron ve fotonun, havada ve madde içinde karşılaşabileceği bütün durumları doğru bir şekilde kontrol eder. Monte Carlo metodu, her bir parçacığı, bütün enerjisi bitene kadar takip eder ve yaptığı bütün etkileşimleri hesaplar. Bu yüzden bu metot, radyoterapi tedavilerinin simülasyonu için en doğru metot olma özelliği taşır. Bu çalışmada, 6 MV enerjili Siemens Artiste lineer hızlandırıcı cihazının (LİNAK), birincil elektron parametreleri, Monte Carlo metodu kullanılarak incelenmiştir. Hedefe çarpan birincil elektronların, Ortalama Enerji ve Yarı Maksimumdaki Tam Genişlik (YMTG) gibi karakteristik özelliklerinin tanımlanması gerekli olduğundan, bu gibi parametreleri belirlemek için Monte Carlo metodu kullanılmıştır. Yüzde Derin Doz (YDD) ve lateral doz profili ölçüm değerleri, iyon odası kullanılarak su fantomunda ölçülmüştür. Aynı zamanda, farklı derinliklerde film dozimetrisi kullanılarak, yüzde derin doz ve lateral doz profil değerleri elde edilmiştir. İlk adımda, Siemens Artiste lineer hızlandırıcı cihazı, BEAMnrc kodu kullanılarak modellenmiştir. Bu adımda, lineer hızlandırıcı cihazının kafa kısmında bulunan bileşenler modellenmiştir. Bu bileşenler: çıkış penceresi, hedef, birincil kolimatörler, düzleştirici filtre, iyon odaları, Y çeneleri ve X çok yapraklı kolimatörlerden (ÇYK) oluşmaktadır. İkinci adımda ise, BEAMnrc kodu kullanılarak elde edilen faz uzay dosyası, DOSXYZnrc simülasyon programında kullanılmıştır. Bu adımda, DOSXYZnrc içinde oluşturulan su fantomu üzerinde elde edilen doz dağılımları incelenmiştir. Bütün sonuçlar, 100 cm olan kaynak cilt mesafesinde (SSD) ve 10 x 10 cm2 alanda elde edilmiştir. Birincil elektron parametreleri olarak, 6.3 MeV ortalama enerji ve 0.30 cm YMTG değeri kullanıldığında, Monte Carlo simülasyonu ile elde edilen değerler ve ölçüm sonuçları arasında iyi bir uygunluk elde edilmiştir. YMTG değerlerinin, yüzde derin doz eğrisi üzerinde çok az etkisinin olduğu gözlemlenmiştir. Ortalama enerji değerlerinin ve YMTG değerlerinin, lateral doz profili üzerinde etkisinin olduğunun fakat bu etkinin tolerans değerleri içinde kaldığı görülmüştür. Birincil elektron parametreleri, özellikle lineer hızlandırıcı cihazının kafasında bulunan bileşenlere bağlıdır. Elektron parametreleri üzerindeki küçük bir değişiklik, doz dağılımı üzerinde güçlü etkiler yaratabilir. Bu nedenle elektron parametreleri doğru bir şekilde belirlenmelidir. Tez çalışması kapsamında Monte Carlo simülasyonundan elde edilen faz uzay dosyası, doz saçılmalarında, ÇYK sızıntılarında, hasta üzerinde herhangi bir yerde oluşan doz dağılımının kontrol edilmesi ve karşılaştırılmasında ve çeşitli radyasyon çalışmalarında kullanılabilir. Anahtar Kelimeler: Monte Carlo, Simülasyon, BEAMnrc, DOSXYZnrc, Siemens Artiste.
Damar içi uygulamalar için kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücü (CMUT) modellenmesi ve farklı koşullarda iletim performansının araştırılması
Bu çalışmada ultrasonik uygulamalarda gelecek vaadeden MEMS tabanlı Kapasitif Mikroişlenmiş Ultrasonik Dönüştürücü (CMUT) elemanının modellenmesi ve farklı parametreler altında analizi yapılarak bu sistemin davranış özellikleri araştırılmıştır. Deneysel olarak yapılan analizler çoğu zaman uzun çalışmaları ve yüksek maliyetleri gerektirmektedir. Simülasyonlar bu araştırmalardaki zaman kaybını ve maliyetleri en aza indirmek için gittikçe daha da önemli hale gelmektedir. Hızlı, kullanışlı ve ucuz olması sebebiyle CMUT modellemesi için Matlab/Simulink tercih edilmiştir. CMUT davranışını ifade eden mekanik modele ait matematiksel denklemler ve elektriksel eşdeğer devreler kullanılarak CMUT modellenmesi yapılmıştır. Ölçüm parametreleri olarak da çıkış basıncı ve membran yer değiştirmeleri kullanılarak, farklı gerilimler altında küçük sinyal ve büyük sinyal analizleri yapılmış ve CMUT iletim performansı değerlendirilmiştir. Si, Poly-Si, Si3Ni4, Elmas gibi farklı membran malzemeleri ve farklı büyüklüklere sahip elektrotlar kullanılarak dinamik analizler yapılmış ve bu sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca, membran üzerinde stres olması durumunda performansın nasıl değiştiği ve kalite faktörü, bant genişliğinin stressten nasıl etkilendiği de araştırılmıştır. CMUT dizilerinin performansı ile ilgili bir karşılaştırma da yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara dayanarak, bu çalışmada kullanılan ekonomik bir alternatif olmasının yanı sıra hızlı sonuçlar da veren modelin, CMUT tabanlı ultrason dönüştürücü tasarımlarında performans ölçümü ve çıkış basıncı, yer değiştirme, kalite faktörü ve bant genişliği gibi giriş-çıkış parametlelerinin optimum değerlerinin belirlenmesi amacıyla kullanılabileceği gösterilmiştir.
Kablosuz polisomnografi cihazı tasarımı
Uyku sırasında yaşanan solunum güçlükleri, uyku apnesi ve horlama gibi solunum problemleri hayatı tehdit eden ve uyku kalitesini olumsuz etkileyen uyku bozukluklarındandır. Bu tip uyku bozukluklarının doğru teşhisi de hayati önem taşımaktadır. Uykuda solunum bozukluklarının tespitinde altın standart olarak kabul edilen polisomnografi; inoperatif elektrofizyolojik izleme yöntemleri kullanılarak uykuya dalma sürecinde, uykuda ve uyku sonrasında sinir sisteminin, kardiyorespiratuar sistemin ve vücut pozisyonu, vücut sıcaklığı gibi uykuyla ilişkili bazı fiziksel ve fizyolojik büyüklüklerin gerçek zamanlı olarak kaydedilmesi olarak tanımlanabilir. Test sonunda toplanan veriler, uzman hekim tarafından incelenir ve uyku bozukluğu mevcut ise inceleme sonrası teşhisi yapılır. Polisomnografi testi oldukça maliyetlidir ve uyku merkezlerinde bu test için sınırlı sayıda oda, test cihazı ve uyku teknisyeni vardır. Bu sebeplerle, test maliyetlerini azaltmak ve daha fazla hastaya hizmet vermek üzere uyku testlerinin evde gerçekleştirilmesine imkân verecek cihazlar üretilmiştir. Genel olarak Evde Uyku Apnesi Testi (Home Sleep Apnea Test) (HSAT) kiti olarak adlandırılan bu cihazlar; kandaki oksijen yoğunluğu (SpO2), vücut pozisyonu ve solunum aktivitesi gibi vital sinyalleri izler ve kaydederler. İlerleyen ve v gün geçtikçe küçülen teknolojinin ofislerimize, evlerimize hatta cebimize kadar taşıdığı ve teknolojide yeni bir trend olan Nesnelerin İnterneti'nin (Internet of Things) (IoT), e-sağlık alanında da önemli bir rol sahibi olacağı görülmektedir. Bu çalışmada uyku problemi yaşayan hastaların bir uyku teknisyenine ihtiyaç duymadan evde uyku testi yapılabilmelerini ve hastanın vital sinyallerinin anlık olarak izlenebilmesini amaçlayan; IoT tabanlı, batarya ile beslenen, giyilebilir ve kompakt bir test cihazı tasarlanmıştır. Hesaplama gücünü ve kablosuz haberleşme yeteneğini Espressif ESP32 SoC'den alan sistem saniyede 200 kez örneklenmiş EEG, EKG, 3 eksenli ataletsel ölçüm birimi, solunum eforu, nazal basınç sensörü sinyallerini toplayabilen; Pulse Oksimetre yardımıyla SpO2 hesabı yapabilen ve toplanan tüm verileri kablosuz ağ üzerinden gönderebilen sistem, FreeRTOS gerçek zamanlı işletim sistemi ile geliştirilmiş bir gömülü yazılıma sahiptir. Geliştirilen PSG cihazı, American Academy of Sleep Medicine Guidelines'a göre Tip II geniş kapsamlı taşınabilir test cihazıdır. Topladığı ve işlediği yaşamsal sinyaller ile elde ettiği SCOPER (Sleep, Cardiovascular, Oximetry, Position, Effort, and Respiratory) skoru S2 C1 O1 P2 E2 R2 dir. Hasta üzerinden toplanan tüm veriler 2.4GHz Wi-Fi ağı üzerinden TCP/IP protokolü aracılığı ile bir hedefe iletilmektedir. Toplanan veriyi izlemek ve kaydetmek amacı ile bir Python uygulaması geliştirilmiştir. Ağ izleme uygulamaları ile yapılan testlerde paket kaybı olmadan saniyede 200 paket iletildiği görülmüştür.
Derin öğrenme modelleri kullanılarak beyin tümörlerinin sınıflandırılması
Beyin tümörleri insan sağlığını önemli derecede etkileyebilmektedir. Bu tümörlerin yanlış teşhisi durumunda, müdahale için alınacak olan kararlar ve bireyin sağlık durumu verimli şekilde belirlenememektedir. Manyetik rezonans görüntülerinin bir hekim tarafından incelenmesi, beyin tümörlerinin belirlenmesinde en yaygın kullanılan yöntemdir. Beyin tümörlerinin çeşitliliğinden ve hekimlerin incelemesi gereken birçok görüntü olduğundan ötürü, bu yöntem hem insan hatalarına yatkındır hem de fazla zaman harcanmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, en yaygın görülen üç beyin tümörü çeşidi olan; Gliom, Meninjiyom ve Hipofiz bezi tümörlerinin derin öğrenme modelleri kullanılarak sınıflandırılması üzerine çalışılmıştır. Çalışmada doğruluk oranının yüksek olmasına önem verilirken, modellerin eğitimi için harcanan zaman da incelenmiştir. Bu sınıflandırma çalışması ile hekimlere yardımcı olabilecek bir sistem yaratmak amaçlanmıştır. Doğruluk oranı %90'a varan bir sistem oluşturulmuştur.
Ultrasonografik tiroid tümör görüntülerinin desen analiz yöntemleri kullanılarak tırads kategorilerine göre sınıflandırılması
Tıbbi görüntülemede tiroid tümörleri sık rastlanan bulgulardan biridir. Bu tümörlerin biyolojik davranışlarını öngörmek için birçok teknik veya yönteme başvurulmaktadır. Medikal görüntüleme yöntemlerinden ultrasonografi, ince iğne biyopsisi ve belirli aralıklarla uygulanan kontroller ile hastalarda gözlemlenen tiroid tümörlerinin iyi veya kötü huylu olduğu belirlenir. Bu işlemlerin uzman hekimlere ilave iş yükü getirmesinin yanı sıra, hastaların ve hekimlerin fazladan zamanını almaktadır. Önceki çalışmalarda tiroid tümörlerinin yüksek oranda iyi huylu çıktığının gözlemlenmesi sonucunda, iş yükünün hafifletilmesi ve hekimler arası iletişimin arttırılması amacıyla tiroid tümörlerinin karakterizasyonu için birkaç risk sınıflandırma sistemi yaratılmıştır. Çeşitli tipleri olan bu risk sınıflandırma sistemlerinden ACR-TIRADS hem uzman hekimler arasında görüş farklılıklarına sebep olabilmekte, hem de fazla parametre incelendiği için zaman kaybına yol açabilmektedir. Bu nedenle, hem hekimlerin görüş farklılıklarını hem de zaman kaybı ile iş yükünü azaltabilecek bir sistem üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışma sırasında tiroid tümörleri desen analizi yöntemleri ve sınıflandırma algoritmaları ile TIRADS başlıklarına göre sınıflandırılmaya çalışılmıştır. Tez çalışmasında, doğruluk oranı %94.7'e, duyarlılık oranı %94.5'e, özgüllük oranı %95.4'e ve kesinlik oranı %96.8'e varan sonuçlar elde edilmiştir.
Deri kanseri tedavisine yönelik pirol katkılı amiloid tabanlı nanofibröz doku iskelesinin kullanımının araştırılması
2020 yılında dünya genelinde, 19.3 milyon yeni kanser vakası meydanı gelmiş ve 9.9 milyon kanser bağıntılı ölüm gerçekleşmiştir. Bu yeni vakaların 324,635'i ve ölümlerin 57,043'ü melanom kanseridir. Önceki yıllara kıyasla dünya çapında melanom görülme sıklığı gitgide artmış ve deri kanseri kökenli ölümlerin %75'ini oluşturmuştur. Günümüzde melanom kanseri tedavisinde hastalığın evresine bağlı olarak kullanılan yöntemler: cerrahi müdahale, immünoterapi, kemoterapi, hedefe yönelik tedavi ilaçları ve radyasyon tedavisidir. İdeal bir kanser tedavisinde, kanser hücreleri yok edilirken sağlıklı dokunun bütünlüğünün korunması en temel amaçtır. Tedavi sürecinde ve sonrasında sağlıklı hücrelerin zarar görmeden kanser hücrelerinin tamamen ortadan kaldırılması ve dokunun yenilenmesi tam olarak sağlanamamaktadır. Bu amaç doğrultusunda tez kapsamında; i) sığır serum albüminin (BSA) amiloid forma dönüştürülmesine (AL-BSA), ii) kütlece farklı oranlarda pirol katkılanmış AL-BSA'dan elektro-eğirme yöntemi kullanılarak doğal polimerik yapıda nanofibröz doku iskelelerinin üretilmesine (Pd-AL-BSA), iii) AL-BSA ve Pd-AL-BSA doku iskelelerinin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonlarına, iv) in-vitro hücre kültürü çalışmalarında doku iskelelerinin, sağlıklı deri hücrelerinin ve melanom kanseri hücrelerinin canlılığı üzerindeki etkisinin incelenmesine ve v) doku iskelelerinin antimikrobiyal özelliklerinin in-vitro mikrobiyoloji çalışmaları ile analiz edilmesine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Üretilen AL-BSA, %5, %10, %20 ve %50 Pd-AL-BSA doku iskelelerinin taramalı elektron mikroskobu, temas açısı ölçümü, FTIR analizi, çekme testi ve in-vitro hidrolitik ve enzimatik degradasyon karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Hücre ve bakteri canlılıkları, kolorimetrik bir metot olan 3-(4,5-dimetiltiyazol-2-yl)-2,5-difeniltetrazolyum bromür (MTT) testi ile takip edilmiştir. AL-BSA, BJ normal insan deri hücresi ve A375 insan melanom hücresi üzerinde herhangi bir sitotoksik etki göstermemiştir. %50 Pd-AL-BSA doku iskelesi AL-BSA ile kıyaslandığında, BJ hücre canlılığını %37.38 ± 2.39 oranında arttırırken A375 hücre canlılığını %64.27 ± 1.30 oranında azaltmıştır. Böylelikle kanser hücrelerinin canlılığı inhibe edilirken sağlıklı hücrelerin canlılığı arttırılmıştır. AL-BSA'ya kıyasla %50 Pd-AL-BSA, E. coli canlılığı %54.45 ± 2.85 oranında inhibe ederken S. aureus'un canlılığında %51.28 ± 2.52 oranında inhibisyona sebep olmuştur. AL-BSA, TCPS'ye kıyasla E. coli ve S. aureus'a karşı yapışma önleyici özellik gösterirken, %50 Pd-AL-BSA antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Sonuç olarak, %50 Pd-AL-BSA doku iskelesinin kanser hücrelerini öldürürken sağlıklı hücrelerin çoğalmasını arttırdığı ve antimikrobiyal özelliğe sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tez kapsamında üretilen pirol katkılı amiloid tabanlı doku iskelesinin ileriye yönelik yeni biyomalzemelerin tasarımlarına ışık tutacağı düşünülmektedir.
MikroRNA ekspresyon seviyeleri ve genetik varyasyonları ile eksfoliasyon sendromu ve eksfoliatif glokom ilişkisinin incelenmesi
Eksfoliasyon sendromu (XFS) yaş arttıkça daha fazla gelişim gösterdiği bilinen, anormal fibriler moleküllerin göz dokularında birikmesi ile tanımlanan bir hücre dışı matriks hastalığıdır. XFS'nin patogenezinde oksidatif ve hücresel stres ile inflamatuar yolaklar önemli yer tutmaktadır. Aköz hümör sıvısının drenajını sağlayan kanalların eksfoliasyon birikintisi ile tıkanması ve bu suretle göz içi basıncının (GİB) artmasıyla ortaya çıkan eksfoliatif glokom (XFG), tedavi edilmediği takdirde körlüğe sebep olabilmektedir. Bu nedenlerle XFS'nin erken dönemde teşhisinin önemi büyüktür. mikroRNA'lar (miRNA) mesajcı RNA'ların (mRNA) regülasyonunda rol oynayan önemli post-transkripsiyonel düzenleyicilerdir. miRNA ekspresyon seviyelerinin çeşitli hastalıklarda değiştiği belirlenmiştir. miRNA'ların genlerinde bulunan tek nükleotid polimorfizmlerinin (SNP), miRNA'ların işlenmesini etkilediği ve çeşitli hastalıklara yatkınlıkta rol oynayabildiği bilinmektedir. Bu çalışmada, inflamasyon ile ilişkili yolaklarda rol oynadığı bilinen miR-146a ve miR-196a-2'nin plazma ekspresyon seviyeleri ile mir-146a rs2910164 G/C ve mir-196a-2 rs11614913 C/T SNP'lerinin XFS ve XFG hastalıkları için biyobelirteç olma potansiyellerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışma grubu, genotipleme kısmında, 260 XFG hastası, 260 XFS hastası ve 295 kontrolden oluşurken, ekspresyon seviyesi belirleme kısmında, her grup içerisinden 27 XFG hastası, 25 XFS hastası ve 27 kontrolden oluşmaktadır. Kan örnekleri Gülhane Eğitim ve Araştırma Hastanesi Göz Hastalıkları Bölümü (Ankara, Türkiye) tarafından toplanmıştır. SNP'lerin genotiplemeleri PCR-RFLP yöntemi ile, miRNA'ların plazmadaki ekspresyon seviyelerinin belirlenmesi ise qRT-PCR yöntemi ile yapılmıştır. Relatif ekspresyon seviyeleri 2-ΔΔCt yöntemi ile hesaplanmıştır. Genotip analizlerine göre, rs2910164 ve rs11614913 için minör alel frekanslarının ve genotip dağılımlarının, XFG, XFS ve kontrol grupları arasında farklı olmadığı görülmüştür. Plazma hsa-miR-146a-5p relatif ekspresyon seviyesinin, XFG ve XFS gruplarında kontrol grubuna göre anlamlı ölçüde yüksek olduğu tespit edilmiştir (XFG vs. kontrol: P<.001, XFS vs. kontrol: P=.001). Hsa-miR-196a-5p relatif ekspresyon seviyesinin ise, gruplar arasında farklı olmadığı görülmüştür. Lojistik regresyon analizleri sonucunda, plazma hsa-miR-146a-5p relatif ekspresyon seviyesinin XFG ile yaklaşık 6 kat (P=.001; dominant model), XFS ile yaklaşık 4 kat (P=.005; dominant model) ilişkili olduğu tespit edilmiştir. ROC analizleri sonucunda, plazma hsa-miR-146a-5p relatif ekspresyon seviyesinin, XFG için "iyi" (AUC=0.897, P<.001, duyarlılık=%89, özgüllük=%78), XFS için "orta" (AUC=0.779, P=.001, duyarlılık=%52, özgüllük=%93) dereceli bir tanı testi olabileceği görülmüştür. Bu çalışmada, mir-146a rs2910164 G/C ve mir-196a-2 rs11614913 C/T SNP'leri ve miR-146a ve miR-196a-2'nin plazma ekspresyon seviyeleri ile XFS ve XFG arasındaki ilişki ilk kez araştırılmıştır. Sonuç olarak, hsa-miR-146a-5p relatif ekspresyon seviyesinin, XFG ve XFS için kan tabanlı biyobelirteç olma potansiyeline sahip olduğu görülmüştür. Bu tez çalışması ileride XFG ve XFS'nin erken teşhisi, prognozun takibi ve tedavisinde kullanılabilecek yeni tanı testleri, biyosensörler ve terapötik ajanlar geliştirilmesine öncülük edecek potansiyele sahip sonuçlar ortaya koyması nedeniyle Biyomedikal Mühendisliğine katkı sağlayan bir projedir.
Üç boyutlu yazıcılar kullanılarak kişiye özel sternokostal eklem implantı tasarımı ve üretimi
Sternokostal eklemler, toraks bölgesinde ilk yedi kaburga ile sternum arasında yer alan eklemlerdir. Göğüs duvarında meydana gelen tümörler, enfeksiyonlar ve travmaların tedavisi sternumun ve ona bağlı sternokostal eklemlerin cerrahi olarak çıkartılması ile sonuçlanabilmektedir. Hastanın yaşamsal fonksiyonlarının devam etmesini sağlamak için çıkarılan hasarlı bölgenin yerine geçebilecek kişinin dokusu ile uyumlu malzemeden üretilmiş sternokostal implantlar kullanılabilmektedir. Pazardaki standart implantların yanı sıra kişiye özel tasarlanan implantlar ameliyatların risklerini azaltmanın yanı sıra cerrahların işini de kolaylaştırmaktadır. Bilgisayar ortamında tasarlanan kişiye özel bu implantlar eklemeli/katmanlı üretim (Additive Manufacturing) olarak kabul edilen 3 boyutlu yazıcı teknolojileri sayesinde somut hale dönüştürülebilmektedir. Bu çalışmada 3 boyutlu üretim teknolojilerinden toz esaslı eklemeli imalat yöntemi olan SLS (Seçici Lazer Sinterleme) ile kişiye özel sternokostal eklem implantının tasarım ve üretim aşamaları incelenmiştir. METÜM (Medikal Tasarım ve Üretim Merkezi, Sağlık Bilimleri Üniversitesi Gülhane Yerleşkesi, Ankara) tarafından oluşturulan ve hastaya implantasyonu gerçekleştirilen Ti-6Al-4v malzemeden üretilmiş bir sternokostal implantın analiz programında sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Hastaya ait tomografi görüntüleri alınarak 3 boyutlu modelleme programında göğüs kafesi modeli oluşturulmuş ve dijital ortamda hazırlanan implant modeli ile birlikte analiz programında statik analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizde belirli sınırlı şartları oluşturulmuş ve tüm modellerde aynı sınır şartlarında implant üzerindeki stres, gerinim ve yer değiştirme (deformasyon) değerleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre göğüs kafesine entegre edilmiş implant modeline bir CPR kuvveti uygulandığında implantın bu kuvvete dayanabildiği, stres sonuçlarının titanyumun akma dayanımının altında kaldığı dolayısıyla implantta kalıcı şekil değişikliğine sebep olmadığı görülmüştür. Ülkemizde ve dünyada günümüze kadar tasarlanmış olan bazı sternokostal implantlar çalışma dahilinde incelenmiş, yapılan araştırmalar sonucunda analizi yapılan sternokostal implant üzerinde tasarımsal farklılıklar ve iyileştirmeler yapılmıştır. Bu tasarımsal farklılıklar dahilinde implant üç parçaya ayrılmış ve parçalar vidalarla birleştirilmiş, analiz programında aynı sınır şartları uygulanarak, sonuçlar değerlendirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre vida bulunan deliklerin etrafında stresin yoğunlaştığı görülmüş ve tasarımlardaki vida sayısı artırılarak analiz sonuçları karşılaştırılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Yapılan çalışmanın bundan sonra tasarlanacak olan sternokostal implant çalışmalarına yol göstermesi amaçlanmaktadır.
Obstrüktif uyku apnesinin derin öğrenme kullanılarak tahmin edilmesi
Nefes alışverişinin en az on saniye boyunca durması olarak tanımlanan uyku apnesi, günümüzde sık karşılaşılan bir uyku hastalığı olarak bilinmektedir. Obstrüktif uyku apnesi (OUA), solunum yolunda tıkanmaya bağlı gerçekleşen en yaygın uyku hastalıklarından biridir. Bu sendromun geliştirilen modeller yardımıyla otomatik olarak tespit edilebilmesinin yanında ön görülebilmesi de ciddi seviyelerde sağlık problemlerini ve hayati tehlikeyle karşı karşıya kalma durumunu önlemek açısından önemlidir. Yüksek doğrulukla çalışan tahmin modellerinin geliştirilmesi ile OUA rahatsızlığı yaşayan kişilerin sendrom anı gelmeden uyarılması ve uykudan uyandırılması ile olası risklerin yaşanmadan önlenmesi mümkün olabilecektir. Bu tez çalışmasında, derin öğrenme yöntemlerinden biri olan Evrişimsel Sinir Ağları (Convolutional Neural Networks, CNN) ile OUA tanısı konmuş hastalara ait elektrokardiyografi sinyalleri kullanılarak apne tahmini yapan modeller sunulmuştur. Bu modellerden birincisi, önceden eğitilmiş mimariler ile yapılan sıfırdan eğitim çalışmasıdır. İkinci model, önceden eğitilmiş mimariler ile transfer öğrenme yöntemi kullanılarak yapılan çalışmadır. Üçüncü model, ilk iki modelde gözlemlenen bulgulara bağlı olarak önerilmiş yeni bir modeldir. Son modelde ise üçüncü modelde önerilen derin öğrenme mimarisinden elde edilen özniteliklerin, mimarinin kendi sınıflandırıcısı yerine Destek Vektör Makineleri, Rastgele Alt Uzay k-En yakın Komşuluk ve Rastgele Alt Uzay Diskriminant Analizi yöntemleri ile sınıflandırıldığı durumda gözlemlenen sonuçlar sunulmuştur. Çalışmanın sonucunda gözlemlenen yüksek doğruluktaki bulgular, önerilen modellerin OUA tahmininde iyi bir belirteç olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
Patolojik seslerin tanısı için derin öğrenme tabanlı tıbbi karar destek sisteminin geliştirilmesi
Patolojik duruma bağlı olarak normal konuşma akışının bozulması, ses bozukluğu olarak bilinir. Bu nedenle, mevcut herhangi bir bozukluk, konuşma üretim sisteminin işleyişini bozar ve dolayısıyla bozuk bir ses üretir. Bazı laringeal patolojiler hayatı tehdit eder, bu nedenle ses bozukluğunun erken tespiti önemlidir. Patolojik seslerin tespitinde bir karar destek sisteminin geliştirilmesi hayati önem taşımaktadır. Patolojik seslerin belirlenmesi amacıyla seslerden çıkarılan özniteliklerin değerlendirilmesinde istatistiksel yöntemlerin grup bazında bir sonuç vermesi nedeniyle bireysel düzeyde bir cevap elde edilebilmesi amacıyla son yıllarda makine öğrenme yöntemleri araştırmacılar tarafından ilgi çekici bir konu olmuştur. Bununla birlikte makine öğrenmesinin özniteliklerin manuel çıkarılmasına ihtiyaç duyması nedeniyle optimal özniteliklerin otomatik olarak çıkarılabildiği derin öğrenme teknikleri araştırmacıların güncel araştırma konuları arasına girmiştir. Ancak henüz patolojik ses bozukluklarının tespiti alanında derin öğrenme tekniklerinin kullanımı ile ilgili az sayıda araştırma çalışması bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, patolojik seslerin belirlenmesi amacıyla derin öğrenme yöntemleri kullanılmıştır. Çalışmada Saarbruecken Ses Veritabanından vokal kordlardaki yapısal değişikliklerin neden olduğu organik disfoniye sebep olan patolojilere sahip hastaların ses kayıtları seçilmiştir. Bu patolojiler arasında larenjit, lökoplazi, Reinke ödemi, rekürren laringeal sinir felci, vokal kord karsinomu ve vokal kord polibi bulunmaktadır. Her bir bireyin nötr perdesinde sürekli sesli /a/ sesi kayıtları seçilmiştir. 380'i sağlıklı ve 380'i patolojik olmak üzere 760 ses kaydı kullanılmıştır. Veriler, sırasıyla %75 ve %25 örnek içeren eğitim seti ve test seti olarak ayrılmıştır. Ses sinyallerine öncelikle dalgacık gürültü giderme işlemi uygulanmıştır. Daha sonrasında ses sinyallerinin spektrogram görüntüleri alınarak dört faklı Evrişimsel Sinir Ağı (ESA) mimarisine girdi olarak verilmiştir. Tez kapsamında ESA mimarisi olarak GoogleNet, ResNet-50, AlexNet ve SqueezeNet çalışılmıştır. İlk aşamada patolojik seslerin belirlenmesi amacıyla seçilen Evrişimsel Sinir Ağı mimarileri kendi sınıflandırıcılarıyla birlikte kullanılmıştır. Daha sonra aynı Evrişimsel Sinir Ağı mimarileri bu kez sadece öznitelik çıkarımında kullanılmıştır ve Komşuluk Bileşen Analizi ile öznitelik seçimi yapıldıktan sonra farklı sınıflandırma algoritmalarıyla sınıflandırılarak oluşturulan modellerin performans analizleri yapılmıştır. Kullanılan sınıflandırma algoritmaları Karar ağaçları, Destek Vektör Makineleri, k-En yakın komşuluk, Ensemble ve bu çalışma için tasarlanmış bir karar ağacı yöntemidir. En başarılı performans SqueezeNet mimarisinden çıkarılan özniteliklerin Ensemble algoritması ile sınıflandırılması sonucu elde edilmiştir. Gözlemlenen bulgular, önerilen bu modelin patolojik seslerin belirlenmesinde umut verici olduğunu göstermektedir.
Meme kanserinin geliştirilmiş makine öğrenme yöntemleri ile tespiti
Meme kanseri dünya genelinde kadınlar arasında en sık görülen kanser türüdür. Meme kanseri erken evrede teşhis edilirse, tedavi edilmesi mümkündür. Bu çalışma meme kanserinin tanısı için geliştirilmiş makine öğrenme algoritmalarına dayalı yeni bir sınıflandırma sistemi önermektedir. Geliştirilmiş makine öğrenme algoritmaları oluşturmak amacıyla öznitelik seçim ve hiperparametre optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Makine öğrenme algoritması olarak sırasıyla Karar Ağacı, Naive Bayes, Destek Vektör Makinesi, K-En Yakın Komşu ve Topluluk Öğrenme yöntemleri kullanılmıştır. Tüm deneyler Wisconsin Meme Kanseri Veri (WBCD) seti ve Mamografi Meme Kanseri Veri Seti (MBCD) olmak üzere iki farklı meme kanseri veri seti üzerinde test edilmiştir. Veri setlerinin en ayırt edici özniteliklerini belirlemek amacıyla sırasıyla Relief, En Küçük Mutlak Daralma ve Seçme Operatörü ((Least Absolute Deviation and Least Absolute Shrinkage and Selection Operator-LASSO) ve Ardışık İleri Yönde Seçim yöntemleri kullanılmıştır. Makine öğrenme algoritmalarındaki en uygun hiperparametreleri bulmak için Bayes optimizasyon (BO) yöntemi kullanılmıştır. Çalışma kapsamında en iyi sınıflandırma oranını elde etmek amacıyla farklı deneyler yapılmıştır. Önerilen öznitelik seçim-Bayes optimizasyon hibrit yöntemleri çalışmada kullanılan makine öğrenme algoritmalarının sınıflandırma oranlarını artırmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, LASSO-BO-DVM yöntemi her iki meme kanseri veri setinde de en yüksek doğruluk, kesinlik, duyarlılık ve F1-skorunu göstermiştir (WBCD için %98,95, %97,17, %100 ve %98,56; MBCD için %97,95, %98,28, %98,28 ve %98,28).
Tiroid nodüllerinin genetik algoritma ile eğitilen anfıs yöntemi kullanılarak iyi huylu ve kötü huylu olarak ayrıştırılması ile yeni bir bilgisayar destekli tanı temelli risk sınıflandırma sistemi önerilmesi
Literatürde kullanılan tiroid nodülü risk sınıflandırma rehberleri, nodüllerin bazı iyi bilinen sonografik özelliklerine göre, hekimlerin klinik tecrübelerine dayanarak oluşturulmuşlardır. Bu özelliklere göre nodüllere tanı konması subjektif bir yöntem olup hekimin tecrübesine bağlıdır. Bu çalışmada, yapay zeka yöntemleri kullanılarak, nodüllerin ayırıcı tanısında çok çeşitli ultrason bulgularının ilişkileri incelenmiş, bu durumun üstesinden gelinmesi amaçlanmıştır. Uyarlanabilir Sinirsel Bulanık Çıkarım Sistemi'nin (ANFIS) Genetik Algoritma (GA) ile eğitimine dayalı yenilikçi bir yöntem, kötü huylu tiroid nodüllerini iyi huylu olanlardan ayırt etmek için kullanılmıştır. Önerilen yöntemden elde edilen sonuçlar yaygın olarak kullanılan ANFIS'in türev tabanlı optimize edilen algoritmaları ve Derin Sinir Ağı (DNN) yöntemi ile karşılaştırılmış, önerilen yöntemin tiroid nodüllerini sınıflandırmada daha başarılı olduğu gösterilmiştir. Ayrıca tiroid nodüllerinin sınıflandırılması için literatürde olmayan bilgisayar destekli tanı (BDT) temelli yeni bir risk sınıflandırma sistemi önerilmiştir. Anahtar Kelimeler: Tiroid, Tiroid nodülü, Sınıflandırma, ANFIS, Derin sinir ağı, Rehber
Damar içi implant materyal yüzeylerinde antitrombojenik ve antibakteriyel aktiviteyi artırmaya yönelik heparin immobilizasyonu
Geçici ya da kalıcı, dahili ya da harici olarak, tedavi ve/veya onarım gibi amaçlarla vücuda dahil edilen malzemeler implant materyalleri olarak adlandırılmaktadırlar. Günümüzde artan popülasyon ve uzun yaşam süreleri göz önüne alındığında, implant materyallerin kullanım sıklığı, miktarı ve süreleri giderek artmaktadır. Bu nedenle kullanılan implantların, kullanıldıkları bölgeye uyum sağlamaları, transplantasyon sonrası herhangi bir komplikasyon oluşmasını önleyecek şekilde tasarlanmaları gerektiği sonucuna ulaşılmaktadır. Tez kapsamında polimerik ve metalik alttaşlar olmak üzere iki farklı malzemede heparin adı verilen, klinikte güncel olarak antikoagülan ilaç olarak kullanılan biyomolekül ile yüzey modifikasyon stratejilerinin geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Polipropilen (PP) tez kapsamında model polimerik malzeme olarak seçilmiş ve iki basamakta plazma polimerizasyon (PlzP) destekli yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir; (i) oksijen ile aşındırma ve (ii) amince zengin fonksiyonel grup oluşturma. PlzP tekniği ile geliştirilen yüzey modifikasyon parametreleri, temas açısı ölçüm, serbest yüzey enerji hesaplamaları, yüzeyde maksimum azot miktarını elde etme, yüzey pürüzlük değerinin artırılması kriterleri kapsamında değerlendirilmiş ve optimize parametre tespit edilmiştir. Heparin immobilizasyon işlemi, saf heparin (hep) ve kovalent bağ ajanları ile destekli (hep*) çözeltiler kullanılarak 3 farklı konsantrasyon üzerinden test edilmiştir. Yüzeye tutunumu sağlanan heparin miktarı Toluidine Mavi (TB) boya ile tespit edilmiş ve maksimum heparin tutunumunun sağlandığı konsantrasyon, optimize parametre olarak belirlenmiştir. Kovalent bağ ajanları ile destekli heparin çözeltisinin iki basamakta modifiye edilen PP yüzeyler ile kovalent bağ oluşturduğu, FTIR-ATR analizinde saptanan amid I ve II pikleri ile kanıtlanmıştır. Heparin immobilizasyonu protein tutunum miktarını referans yüzeylere göre oldukça azaltmış, hemokompatibilite testleri kapsamında (platelet tutunum, hemoliz, kinetik-kan pıhtılaşma oranı) da oldukça etkili sonuçlar vermiştir. Ayrıca heparin immobilizasyonunun PP yüzeylerde antiadherent karakteristiği gram pozitif ve gram negatif bakteriler ile test edilmiş ve heparinin antibakteriyel mekanizmasının "temas ile öldürme" olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Son olarak BJ insan fibroblast hücreleri ile gerçekleştirilen testler sonucunda, geliştirilen yüzeylerin biyouyumlu oldukları ispatlanmıştır. Titanyum (Ti) tez kapsamında model metalik malzeme olarak seçilmiş ve tek basamakta alternatif akım elektroforetik depozisyon (AC-EPD) tekniği ile heparin modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Saf halde heparin depozisyonu, temas açısı ölçüm, serbest yüzey enerji hesaplamaları ve yüzey pürüzlülük değerleri kapsamında incelenmiş ve optimize parametre tespit edilmiştir. Başlangıçta yüzeye depozite edilen heparin miktarı TB boya ile takip edilmiş olmakla birlikte, ilerleyen deney basamaklarında söz konusu yaklaşımın, AC-EPD tekniği ile kaplanan heparin miktarını saptamada yetersiz olduğu saptanmıştır. Ti yüzeylerde heparin depozisyonunun etkisi, PP yüzeylerde olduğu gibi, protein tutunum miktarı, hemokompatibilite testleri, antiadherent karakteristik ve biyouyumluluk testleri kapsamında detaylı olarak araştırılmıştır. Özetle, tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar ile hem PP hem de Ti yüzeylerde farklı stratejilerle yüzey modifikasyonları gerçekleştirilerek heparinin mevcut antikoagülan karakteristiğinden yararlanmakla birlikte, antibakteriyel, antiadherent ve biyouyumluluk karakteristikleri de detaylı olarak çalışılmış ve literatüre kazandırılmıştır.
Ağrı hissinin EEG sinyalleri kullanılarak objektif tahmini ve derin öğrenme modelleri ile derecelendirilmesi
Ağrı, haz verici olmayan kompleks ve çok boyutlu olmak üzere kişilerin tecrübe ettiği his olarak tanımlanır. Ağrının objektif olarak sınıflandırılması, hastanelerde mönitörize olmuş hastalar için, kendini ifade edemeyen bireyler için ve ameliyat sonrası ya da esnasında anesteziye maruz kalmış kişiler için büyük önem taşımaktadır. Ayrıca ağrının subjektif olarak derecelendirilmesi kişiden kişiye yanıltıcı bir cevaba sebep olabilmektedir ve kişinin yanlış tedavi protkolüne yönlendirilmesi ile sonuçlanabilmektedir. Ağrının yapay zeka modelleri ile derecelendirilmesi sayesinde doğru tedaviye yönelim ve kendini ifade edemeyen bireylerin ağrı şiddetlerini derecelendirebilmesi hakkında bilgiye ulaşmak mümkün olabilecektir. Yapılan tez çalışmasında, ağrı uyarını verilerek bireylerden alınan EEG verileri bir boyutlu evrişimsel sinir ağı modeli (1 Dimensional Convolutional Neural Networks, 1D CNN) oluşturularak yüksek ve düşük ağrı olarak sınıflandırılmıştır. Modelde kullanılacak öznitelik seçimi için alınan EEG verileri öncesinde gürültülerden temizlenmiştir. Sonraki aşamada temizlenen verilere T-test uygulanarak fark oluşan bölümler belirlenmiştir. Belirlenen bölümlerden zaman-frekans cevabında öznitelikler çıkarılarak hazırlanan modelde kullanılmıştır. Tasarlanan model karşılaştırılma amaçlı derin öğrenme modellerinden olan özyinemeli sinir ağları (Reccurrent Neural Network, RNN) modeli ile karşılaştırılmıştır. Tez çalışmasının sonucunda alınan bilgiler dahilinde tasarlanan 1 boyutlu evrişimsel sinir ağları modelinin ortalama %92 oranında doğru sınıflandırma yaptığı gözlemlenmiştir. Elde edilen bulgular dahilinde ağrı hissinin objektif derecelendirilmesi için tasarlanan modelin iyi bir belirteç olabileciğini göstermektedir.
Relapsing-remitting multipl sklerozda clusterin genetik polimorfizmleri ve dolaşımdaki mikroRNA'ların plazma clusterin seviyesi ve bilişsel performans üzerine etkilerinin incelenmesi
Multipl Skleroz (MS), merkezi sinir sisteminin demiyelinizan, otoimmün ve nörodejeneratif kronik bir hastalığıdır. Etiyolojisinde genetik ve çevresel faktörlerin kompleks etkileşimlerinin rol oynadığı MS'in en yaygın klinik formu RRMS'tir. MS'te, progresyonun bir göstergesi olan bilişsel bozukluğun prevelansı %40-70 arasındadır. Clusterin, hücresel yaşam ve ölüm yolaklarında aktif rol oynamaktadır. Bu proteini kodlayan CLU geninde bulunan tek nükleotit polimorfizmleri (SNP) birçok hastalıkla ilişkili bulunmuş olup clusterinin dolaşımdaki seviyelerinin bilişsel performansla ilişkili olduğuna dair bulgular literatürde mevcuttur. Gen ifadesinin düzenlenmesinde rol alan mikroRNA'lar (miRNA) birçok hastalığın teşhisi ve seyri ile ilişkilendirilmiş olup biyobelirteç keşif çalışmalarının önemli odaklarındandır. Bu tez çalışması kapsamında RRMS riski ile CLU rs11136000 C/T, rs3087554 T/C, rs2279590 C/T ve rs1532278 C/T SNP'lerinin ilişkilerinin incelenmesi ve plazma clusterin konsantrasyonu ile CLU ekspresyon seviyesine etki ettiği bilinen miR-21-5p ve miR-195-5p'nin plazma rölatif ekspresyon seviyelerinin hastalık riski ve bilişsel bozukluk ile ilişkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda iki çalışma grubu oluşturulmuştur. Grup-1, 310 RRMS hastası ve 310 kontrol bireyden oluşurken Grup-2, 30 naif RRMS hastası, 30 tedavi alan RRMS hastası ve 30 kontrol bireyden oluşmaktadır. Grup-1'deki RRMS hastalarının genotiplemeleri PCR-RFLP ve RT-PCR ile gerçekleştirilmiştir. Grup-2'deki katılımcıların bilişsel değerlendirilmeleri BICAMS bataryası ile gerçekleştirilmiştir. Grup-2 katılımcılarının plazma miR-21-5p ve miR-195-5p ekspresyon seviyeleri qRT-PCR ile; plazma clusterin konsantrasyonu ise ELISA ile belirlenmiştir. Tüm örnekler Ankara Şehir Hastanesi Nöroloji Polikliniği'nden alınmıştır. Bu tez çalışmasında rs3087554 T/C SNP'sinin C alelinin hem RRMS riski hem RRMS progresyonu ile ilişkili olduğu görülmüştür. RRMS ile ilişkileri incelenen miR-21-5p ve miR-195-5p'nin plazma rölatif ekspresyon seviyelerinin RRMS teşhisi için biyobelirteç olabilecekleri görülmüştür. Ayrıca, miR-21-5p'nin potansiyel bir terapötik biyobelirteç olabileceğine dair bulgulara ulaşılmıştır. Buna ilave olarak, hem miR-21-5p'nin hem de miR-195-5p'nin MS'te kullanılan enjektabl immünomodülatör tedavilerin terapötik hedefi olabileceği düşünülmektedir. Bu tez çalışmasıyla birlikte clusterinin MS'teki rolü genotip, fenotip ve bilişsel seviyede değerlendirilmiştir. CLU rs11136000 C/T, rs3087554 T/C, rs2279590 C/T ve rs1532278 C/T SNP'leri ile RRMS riski arasındaki ilişki ilk defa bu tezde çalışılmıştır. Ayrıca, bu çalışmada ilk defa RRMS hastalarının plazma clusterin seviyesi, plazma miR-21-5p ve miR-195-5p rölatif ekspresyon seviyesi ile bilişsel performansları arasındaki ilişkiler incelenmiştir. RRMS'in teşhisi ve prognozunun takibi için plazmadaki potansiyel biyobelirteç adaylarını ortaya koyan bu çalışmanın geliştirilecek biyosensörlere, tedavi ajanlarına ve tanı kitlerine yol göstereceği öngörülmektedir. Multidisipliner bir yaklaşımın ürünü olan bu tez, bahsi geçen yönleriyle Biyomedikal Mühendisliği alanına katkı sağlayan bir çalışma niteliğindedir.
Farklı boyutlarda sürfaktan içermeyen nişasta bazlı mikrokürelerin sentezi, sentez sürecini etkileyen faktörlerin araştırılması
Kontrollü boyut ve morfolojiye sahip olan mikroküreler, medikal alanda ilaç taşıma sistemleri başta olmak üzere çeşitli uygulamalarda tercih edilmektedir. Mikrokürelerin sentezlenmesinde yaygın olarak kullanılan bir yöntem, emülsiyon polimerizasyon tekniğidir. Bu çalışmada, ilaç taşıyıcısı olarak dar boyut aralıklarına sahip, biyouyumlu ve biyobozunur mikrokürelerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Sitotoksisitesi düşük mikrokürelerin üretimi için doğal bir polimer olan nişasta ile sürfaktan içermeyen emülsiyon polimerizayonu yöntemi (SFEP) tercih edilmiştir. Artan polimer konsantrasyonu (ağırlıkça %3 - %10), ortam pH'si (7 - 10), ortam sıcaklığı (30 - 70°C), çapraz bağlayıcı miktarı (hacimce %1 - %20) ve emülsiyon karıştırma hızlarında (500 – 1000 RPM) üretilen mikrokürelerin çaplarındaki azalma ve artan sürekli fazın dağınık faza oranında (%21 - %100) mikrokürelerin çapındaki artma optik mikroskop ile yapılmış gözlemlenmiştir. 400µm üzerinde dar boyut aralıklarında üretilen mikrokürelerin topografisi taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile incelenmiştir. Ortam sıcaklıklığı koşullarında ağırlık ve boyut değişimleriyle genleşme değerlendirmeleri yapılmıştır. Ayrıca, UV-Vis Spektrofotometre kullanılarak partiküllerin ilaç yüklemesi analiz edilmiştir. %99,81 ile en yüksek ilaç yüklenme verimi 500 RPM karıştırma hızı ile elde edilen, bozunma süresi 55±2,33 gün olan mikrokürelerde gözlemlenmiştir. Parçacıkların L-929 hücre hattı üzerindeki sitotoksik etkisi, canlılık testleri aracılığıyla değerlendirilmiş ve ağırlıkça %10 polimer konsantrasyonu ile sentezlenmiş olan mikrokürelerde en yüksek canlılık (%113,53 ± 5,54) gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasının sonuçları, SFEP yöntemi ile nişastadan üretilen stabil mikrokürelerin düşük sitotoksisite ve yüksek ilaç yüklenme verimi ile çeşitli tıbbi ve kozmetik uygulamalarda tercih edilebileceğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Polimerik mikroküre, Nişasta, Çapraz bağlayıcı, Sürfaktan içermeyen emülsiyon polimerizasyonu
EEG sinyalleri ve derin öğrenme modelleri kullanılarak dikkat eksikliği ve hiperaktivite bozukluğu tespiti
Dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu (DEHB), çocukluk çağında başlayan, yaygın, komorbid bir nörogelişimsel bozukluktur. Teşhis, karar destek sistemi olmadan, profesyoneller tarafından davranış derecelendirme ölçekleri kullanılarak konulmaktadır. Doğru teşhis ve tedavideki gecikmeler, bu hastalık ile birlikte ortaya çıkan diğer psikiyatrik durumların kötüleşmesine ve sonuç olarak sağlık hizmetlerindeki kullanımın artmasına bağlı maliyete neden olur. Bu nedenle, DEHB tanısında kullanılabilecek potansiyel bir karar destek sistemine ihtiyaç vardır. Bu tez çalışmasında DEHB tanısı bulunan ve sağlıklı çocuklara ait EEG sinyallerinden frekans-zaman yapıları ile derin öğrenme yöntemlerinden biri olan evrişimsel sinir ağları (ESA) kullanılarak DEHB teşhisi için yüksek doğrulukla çalışan farklı tahmin modellerinin incelenmesi ile sübjektif testlere bağımlılığı azaltacak, tanı için hızlı ve başarılı bir karar destek algoritması önermek ve açıklanabilir yapay zeka (YZ) yöntemleri ile zaman-frekans alanındaki gizli bilgilerin DEHB tanısında nasıl bir etkiye sahip olduğunu keşfetmek amaçlanmaktadır. Bu amaçla, veriler bir ön işlemeden geçirilerek gürültülerinden arındırılmış ve zaman-frekans bilgisi sağlayan spektrogram görüntüleri oluşturulmuştur. Tez kapsamında ESA mimarileri AlexNet, GoogleNet, ResNet-50, ve SqueezeNet üzerinde transfer öğrenme çalışılmıştır. İlk aşamada ESA mimarileri kendi sınıflandırıcılarıyla birlikte kullanılmıştır. En başarılı performans %97.78 ile AlexNet mimarisi ile elde edilmiştir. Kanal ve frekans bantlarına ayrılan sinyaller ile beyin bölgelerinin ve frekansların tanıda ayırt ediciliği incelenmiştir. Alfa frekansı ve parietal bölge kanalları tek başına DEHB tahmininde en başarılı bulunmuştur. Gradyan ağırlıklı sınıf aktivasyon haritalama (Grad-CAM) ile görselleştirilerek açıklanabilir bir model elde edilmiştir. Daha sonra aynı ESA mimarileri ile sadece öznitelikler elde edilmiş ve farklı makine öğrenimi algoritmalarıyla performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Manuel öznitelikler elde edilip bir önceki aşama ile karşılaştırılmıştır. Sınıflandırma algoritması olarak Karar Ağaçları, Destek Vektör Makineleri (DVM), k-En Yakın Komşuluk (k-NN) ve Ensemble yöntemi kullanılmıştır. En başarılı performans AlexNet mimarisinden elde edilen özniteliklerin DVM algoritması ile sınıflandırılması sonucu elde edilmiştir (%98.33). Çalışmanın sonucunda gözlemlenen yüksek doğruluktaki bulgular, önerilen yöntemin DEHB tanısında iyi bir karar destek sistemi olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
İnterferon-gama, HSA-MIR-24-3P ve HSA-MIR-181D-3P plazma ekspresyon seviyeleri ve IFGN RS2069727 T/C tek nükleotit polimorfizminin MS riski ve glatiramer asetat tedavisi kapsamında klinik ve ın silico yaklaşımlarla incelenmesi
Multipl skleroz (MS), merkezi sinir sisteminin (MSS) kronik otoimmün bir hastalığıdır. En sık görülen klinik tipi tekrarlayan-düzelen MS'tir (relapsing-remitting MS, RRMS). İnterferon-gama (IFN-gamma), MS'te görülen enflamatuar yolda önemli rollere sahiptir. IFNG genindeki varyasyonlar ve bazı mikroRNA'lar (miRNA) IFN-gama ifadesini etkilemektedir. IFNG rs2069727 T/C varyasyonunun MS ile ilişkisi Türk toplumunda ilk kez bu çalışma ile araştırılmıştır. Ayrıca çalışmamızda, plazmadaki IFN-gama seviyeleri ile bu seviyeyi etkilediği düşünülen IFNG rs2069727 T/C varyasyonu ve hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p rölatif ekspresyon seviyeleri, MS riskine ve engellilik puanlarına etkileri yönünden incelenmiştir. IFN-gama protein seviyesi ve bu seviyeyi etkilediği düşünülen hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p rölatif ekspresyon seviyeleri RRMS tanısı ve glatiramer asetat (GA) tedavi yanıtı açısından ilk kez birlikte değerlendirilmiştir. Bu çalışmada, "genetik polimorfizm" ve "miRNA ve ELISA" çalışma grupları olmak üzere iki çakışan grup, 2017 McDonald Revize Kriterleri'ne göre oluşturulmuştur. Genetik polimorfizm grubu için 330 RRMS hastası ve 330 kontrol dâhil edilmiştir.Bu grubun içerisinden ilaç tedavisine başlanmamış (treatment-naïve, naif) 25 RRMS hastası, GA tedavisi alan 25 RRMS hastası ve 25 kontrol, miRNA ve ELISA çalışması bölümüne dâhil edilmiştir. Genetik polimorfizm çalışma grubundaki MS hastalarının genotiplemeleri gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu ile gerçekleştirilmiştir. miRNA ve ELISA çalışma grubu katılımcılarının plazma hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p rölatif ekspresyon seviyeleri kantitatif gerçek zamanlı PCR ile; plazma IFN-gama seviyesi ise ELISA yöntemi ile belirlenmiştir. Örnekler Ankara Bilkent Şehir Hastanesi Nöroloji Polikliniği'nden alınmıştır. IFNG rs2069727 T/C varyasyonu gruplar arasında incelenmiş ve genotip dağılımları açısından anlamlı bir farklılık bulunmamıştır. Plazma rölatif ekspresyon analizinde, hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p seviyelerinin GA ve naif hastalarda kontrol grubuna göre anlamlı derecede yüksek olduğu; yaşa göre düzenlenmiş plazma IFN-gama seviyelerinin ise GA ve naif hastalarda kontrol grubuna göre anlamlı derecede düşük olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada, tüm grupta yapılan analizde, düşük IFN-gama seviyesine (≤1.311 pg/mL) sahip bireylerin hsa-miR-24-3p rölatif ekspresyon seviyelerinin yüksek IFN-gama (>1.311 pg/mL) grubunda bulunan bireylerinkinden istatistiksel olarak anlamlı ölçüde yüksek olduğu; düşük hsa-miR-181d-3p seviyesine (≤ 2.90) sahip bireylerin plazma IFN-gama seviyelerinin yüksek hsa-miR-181d-3p seviyesine (>2.90) sahip bireylerinkinden istatistiksel olarak anlamlı ölçüde yüksek olduğu bulunmuştur. Bu çalışmada, IFNG genini düzenleyen miRNA'lar ve transkripsiyon faktörlerin ağı in silico analizlerle oluşturulmuştur. Dahası, hsa-miR-24-3p ile, GA tedavisiyle ilişkilendirilen genler içerisinden C-tipi lektin alan ailesi 16 A üyesi ve katepsin S arasında bir etkileşim bulunmuştur. Bu tez, ileride yeni biyosensörlerde kullanılabilecek yeni potansiyel tanı testlerinin geliştirilmesi, bu sayede RRMS'in erken teşhisi ve prognoz takibinin daha kolay bir şekilde yapılabilmesi ve hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p'yi RRMS tedavisi için ilaç hedefi olarak değerlendiren yeni çalışmaların gerçekleştirilmesi açısından Biyomedikal Mühendisliği alanına önemli katkılar sunan bir çalışma niteliğindedir.
MIR-146A-5P, MIR-155-5P ve MIR-196a2-5P'nin plazma ekspresyon seviyeleri ve genetik polimorfizmlerinin multipl skleroz riski, engellilik skorları ve fingolimod tedavisi ile ilişkisinin araştırılması
Multipl Skleroz (MS), genç yetişkinlerde travma harici nörolojik engelliliğin en yaygın sebebi olan; kronik enflamatuar, otoimmün, nörodejeneratif ve demiyelinizan bir merkezi sinir sistemi (MSS) hastalığıdır. Fingolimod, MS'in en yaygın klinik alt formu olan ataklarla seyreden MS (RRMS) tedavisinde ikinci basamakta kullanılan ve ağızdan alınan immün-baskılayıcı bir ajandır. Gen ifadesinin düzenlenmesinde görev alan mikroRNA'lar (miRNA) birçok hastalığın teşhisi ve seyri ile ilişkilendirilmiş olup biyobelirteç keşif çalışmalarında önemli bir yer tutmaktadır. miRNA'ların genlerinde bulunan tek nükleotit polimorfizmleri (SNP) bu miRNA'ların ekspresyon seviyelerine etki etmektedir. Bu tez çalışmasında, enflamatuar ve bağışıklık yanıtlarının oluşmasıyla ilişkili olan miR-146a-5p, miR-155-5p ve miR-196a-5p'nin dolaşımdaki ekspresyon seviyeleri ve bu miRNA'ların genlerinde bulunan SNP'lerin (rs2910164, rs767649 ve rs11614913) MS hastalığı riski ile ilişkisi incelenmiştir. Bu SNP'lerin miRNA plazma ekspresyon seviyesi üzerindeki etkileri, SNP'lerin Türk toplumunda MS'e yatkınlıktaki rolleri ve miRNA plazma ekspresyon seviyelerinin MS hastalığının teşhisi ve tedavinin etkilerinin gözlemlenebilmesi için biyobelirteç olma potansiyelleri değerlendirilmiştir. 400 RRMS ve 400 kontrol katılımcısından oluşan Grup-1'de MIR146A rs2910164, MIR155 rs767649 ve MIR196A2 rs11614913 SNP'lerinin genotiplemeleri gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Grup-1 içerisinde bulunan ve rastgele bir şekilde belirlenen 30 naif (tedavi almayan) RRMS, 29 fingolimod tedavisi alan RRMS ve 30 kontrol katılımcısının bulunduğu Grup-2'de plazma miR-146a-5p, miR-155-5p ve miR-196a-5p rölatif ekspresyon seviyeleri kantitatif gerçek zamanlı PCR ile gerçekleştirilmiştir. Örnekler Ankara Bilkent Şehir Hastanesi Nöroloji Polikliniği'nden alınmıştır. Bu tez çalışmasında MIR196A2 rs11614913 C/T SNP'sinin T aleli Türk toplumunda RRMS riski ile ve MIR146A rs2910164 G/C SNP'sinin GC veya CC genotipine sahip olma durumu hızlı MS progresyon riski (MSSS>5) ile ilişkili bulunmuştur. Plazma miR-155-5p ve miR-196a-5p rölatif ekspresyon seviyelerinin fingolimod tedavisi alan RRMS hastalarında, naif RRMS hastalarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede daha düşük olduğu bulunmuştur. Bu sonuçlar miR-155-5p'nin ve miR-196a-5p'nin fingolimod tedavisi için potansiyel terapötik hedefler olabileceğini düşündürmektedir. Bu tez çalışmasıyla ilk defa Türk toplumunda MIR146A rs2910164, MIR155 rs767649 ve MIR196A2 rs11614913 SNP'lerinin RRMS hastalığı riskiyle ilişkisi incelenmiş ve daha önce MS ile ilişkisi hiç çalışılmamış olan MIR196A2 rs11614913 SNP'sinin polimorfik T alelinin Türk toplumunda MS hastalığı için bir risk faktörü olduğu ortaya konmuştur. Ayrıca plazma miR-155-5p ve miR-196a-5p rölatif ekspresyon seviyeleri ile fingolimod tedavi ajanının arasındaki ilişki gösterilmiştir. Plazmadaki potansiyel biyobelirteç adaylarını ortaya koyan bu bulgular, MS hastalığı için terapötik ajanlar geliştirilmesine, hastalığın progresyonunun ve tedavi yanıtlarının takibi için biyoalgılayıcıların üretilmesine imkan sağlayabilir. Multidisipliner bir yaklaşımın benimsendiği bu tez çalışması, Biyomedikal Mühendisliği alanına önemli katkılarda bulunmuş bir çalışma olarak nitelendirilmektedir.
Elektrokardiyografi sinyallerinden aritmilerin yapay zeka destekli sınıflandırılması
Elektrokardiyografi (EKG) sinyallerinde kalbin belirli bir düzende ve düzenli aralıklarla atması sonucu oluşan normal sinüs ritimi dışında gözlenen ritimler aritmi olarak adlandırılır ve atımın bozuklukları normal olmayan bir durumun hatta hayati risklerin göstergesi olabilir. Bu nedenle aritmilerin bulunması ve hangi tür aritmi olduğunun belirlenmesi önemlidir. EKG sinyallerinden elde edilen öznitelikler ile eğitilen makine öğrenmesi modelleri ile aritmilerin sınıflandırılması uzun yıllardır araştırmacılar tarafından ilgi çeken konulardan olmuştur. Bununla birlikte uzun süren ön sinyal işleme adımlarının ve öznitelik çıkarma adımlarının olmadığı derin öğrenme tekniklerinin kullanılması da güncel konular arasındadır. Bu yöntemlerin performanslarının karşılaştırılması ve kullanılan model parametrelerinin belirlenmesi aşamaları önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, EKG sinyallerinin analizi ile iki farklı ritim sınıflandırma yöntemi geliştirilerek bu yöntemlerin performansı değerlendirilmiştir. İlk yöntem kalp hızı değişkenliği analizi ile elde edilen özniteliklerle eğitilen makine öğrenmesi modellerinin kullanıldığı sınıflandırma yöntemidir. Sinyal ön işleme ve öznitelik çıkarımı olmadan EKG sinyallerinin spektogram ve skalogram görüntülerinin evrişimsel sinir ağlarına girdi olarak verilerek sınıflandırılması ikinci yöntemdir. Bu iki sınıflandırma yönteminin performans sonuçları karşılaştırılmıştır. Çalışmada MIT-BIH Aritmi Veri Tabanı kullanılmıştır. Çalışmada normal sinüs ritmi, atriyal fibrilasyon, sol dal bloğu, sağ dal bloğu, ventriküler begemini, pacemaker ritim sınıflandırılan ritimlerdir. Kalp hızı değişkenliği analizi tabanlı özniteliklerle gerçekleştirilen sınıflandırmada öncelikle sinyalde gürültü giderme işlemi uygulanmıştır. Filtrelenmiş sinyaller üzerinden R dalgası tepe noktalarının bulunması gerçekleştirilmiştir. R dalgası tepe noktaları ile kalp hızı değişkenliği analizi yapılmış ve öznitelikler çıkarılmıştır. Sonrasında ise makine öğrenmesi modelleri bu öznitelikler ile eğitilmiş ve model performansları değerlendirilmiştir. Tez kapsamında Karar Ağacı, Destek Vektör Makinesi, K-En Yakın Komşu, Topluluk Öğrenme modelleri çalışılmıştır. Derin öğrenme, evrişimsel sinir ağları tabanlı sınıflandırmada ise EKG sinyallerinde gürültü giderme işlemi yapılarak spektogram ve skalogram görüntüleri elde edilmiştir. Bu görüntüler farklı sinir ağlarına girdi olarak verilmiştir. Tez kapsamında GoogleNet, ResNet-50, AlexNet ve SqueezeNet çalışılan evrişimsel sinir ağlarıdır. Farklı sinir ağlarının performansının skalogram ve spektogram görüntüleri ile eğitildiğinde nasıl performans gösterdiği belirlenmiştir. Bu karşılaştırmaya ek olarak öznitelik çıkartma ve makine öğrenmesi modelleri ile gerçekleştirilen ritim sınıflandırma performansının derin öğrenme modelleri kullanılarak gerçekleştirilen sınıflandırma performansı karşılaştırılmıştır. Kalp hızı değişkenliği analizinde iki dakikalık sinyal uzunluğu ile gerçekleştirilen aritmi sınıflandırmasında en yüksek doğruluk değeri %87,91 ile topluluk öğrenme modeli ile elde edilmiştir. Beş dakikalık sinyal uzunluğunda ise destek vektör makinesi ile %90,48 doğruluğa ulaşılmıştır. Spektogram çıktıları kullanılarak gerçekleştirilen sınıflandırmada maksimum doğruluk AlexNet ile %91,90'dır. Skalogram çıktıları ile gerçekleştirilen sınıflandırmada ise maksimum doğruluk GoogleNet modeli ile %92,85 olarak elde edilmiştir. En yüksek sınıflandırma performansı skalogram görüntüleri ve evrişimsel sinir ağları kullanılarak elde edilmiştir. Gözlemlenen bulgular, değerlendirilen bu modellerin EKG sinyallerinde aritmilerin sınıflandırılmasında yüksek performans verdiğini göstermektedir.
SARS-COV-2 spike proteininin evrimsel yollarının değişebilirlik haritaları ile tahmini
Virüsler, bulaşıcı ajanlar olarak insanlarda hastalıklara ve ölümlere yol açabilmektedir. Bu olumsuz etkileri önlemek için aşılar ve ilaçlar geliştirilmiş olsa da virüsün genetik yapısında meydana gelen mutasyonlar sebebiyle virüs, bağışıklık sisteminden kaçma ve konak hücreye daha iyi bağlanma gibi özellikler kazanarak tedavilere karşı dirençli hale gelebilir. Küresel COVID-19 pandemisi, yeni SARS-CoV-2 varyantları ortaya çıktıkça virüsün genetik materyalinde meydana gelen değişikliklerin hızlı, güvenilir ve etkili bir şekilde izlenmesi ve tahmin edilmesi gerekliliğini ortaya koymuştur. Virüsün yeni genetik yapısına uygun ilaç ve aşıların geliştirilmesi maliyetli ve zaman alıcıdır. Bu nedenle, SARS-CoV-2'nin genomunda meydana gelebilecek mutasyonları ve bu mutasyonların etkilerini henüz gerçekleşmeden önce tahmin etmek ve gerekli önlemleri almak kritik önem taşımaktadır. Bu tezde, COVID-19 pandemisine yol açan SARS-CoV-2 virüsünün evrimsel süreci incelenmiş ve gelecekte meydana gelebilecek önemli mutasyonların tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, öncelikle virüsün insan hücrelerini enfekte etmesinden sorumlu Spike (S) proteini bölgesine ait gen dizileri GISAID veri tabanından temin edilmiş ve ardından bu diziler çeşitli çoklu hizalama yöntemleri (Clustal Omega, MAFFT, TCoffee, vb.) ile hizalanmıştır. Daha sonra bu hizalamalar, çeşitli skor fonksiyonları (Karlin, Sander, Valder, vb.) kullanılarak her bir amino asit için değişebilirlik skorları hesaplanmıştır. Elde edilen değişebilirlik skorları arasındaki korelasyon analiz edilerek S proteininde korunmaya ve değişmeye yatkın bölgeler belirlenmiştir. Hesaplanan değişebilirlik skorları ve deneysel mutasyon oranı kullanılarak, rastgele yürüyüş yöntemi ile gelecekte meydana gelebilecek mutasyonlar tahmin edilmiştir. Bu çalışmanın, SARS-CoV-2 virüsünün evrimsel dinamiklerinin anlaşılmasına katkı sağlaması beklenmektedir.
Sarkopeni hastalığının nöro bilişsel belirteçlerinin işlevsel yakın kızılaltı spektroskopisi ve yapay zeka yaklaşımları kullanılarak belirlenmesi
Yaşlanma ile birlikte kas kütlesi, kuvvet ve fonksiyonlarında görülen azalma olarak tanımlanan sarkopeni, yaşam kalitesini ciddi oranda etkileyen önemli bir hastalıktır. Yakın zamanda yapılan çalışmalar, sarkopeninin yalnızca fiziksel kayıplarla sınırlı kalmayıp, nörolojik fonksiyonları da olumsuz yönde etkileyebileceğini öne sürmüştür. Bu tez çalışmasında, sarkopeninin motor ve bilişsel görevler sırasındaki kortikal hemodinamik etkileri ve bu etkilerin klinik ölçümlerle ilişkisi fonksiyonel yakın kızılaltı spektroskopisi (fNIRS) ile incelenmiştir. Ek olarak, fNIRS verilerinden elde edilen fonksiyonel bağlantısallık özniteliklerinin, makine öğrenmesi modelleri aracılığıyla, sarkopenik bireyleri sağlıklı bireylerden ayırt etmedeki başarımı değerlendirilmiştir. Çalışmaya toplamda 68 kişi (38 sağlıklı, 30 sarkopenik) katılmıştır. Katılımcılara kavrama kuvveti, N-Geri ve Oddball deneyleri uygulanarak fNIRS verileri alınmış, kavrama deneyinde elektromiyografi (EMG) ve el dinamometresi verileri de kaydedilmiştir. Verilerin istatistiksel analizi, t-test, tekrarlı ölçümlü ANOVA ve korelasyon ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, sarkopenik bireylerin motor görevlerde EMG ve dinamometre ölçümlerinde anlamlı şekilde düşük performans sergilediklerini ortaya koymuştur. Ayrıca, kavrama, N-Geri ve Oddball deneyleri sırasında precentral gyrus (PcG), middle frontal gyrus (MFG) ve superior frontal gyrus (SFG) bölgelerindeki hemodinamik tepkilerin, sarkopeni grubunda kontrol grubuna kıyasla farklılıklar gösterdiği bulunmuştur. Motor ve bilişsel görevler arasındaki korelasyon analizleri ise, sarkopenik bireylerde motor ve bilişsel fonksiyonların ortak kortikal temsiliyetlere sahip olduğunu desteklemiştir. Makine öğrenmesi ile gerçekleştirilen sınıflandırma sonucunda, sarkopenik ve sağlıklı bireyler yüksek doğruluk (%80-86) ve eğri altı alan değerleri (0.86-0.95) ile sınıflandırılmıştır. Bu sonuçlar, fNIRS tabanlı nörolojik belirteçlerin, sarkopeni tanısı ve klinik değerlendirmede önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
SARS-CoV-2 Spike–ACE2 etkileşiminin inhibisyonuna yönelik tasarlanan peptitlerin etkinliğinin moleküler modelleme yöntemleriyle araştırılması
Virüs yalnızca canlı (konak) hücrelerde çoğalabilen enfeksiyöz ajanlardır. Bu bağlamda SARS-CoV-2 virüsü de, yüzeyindeki Spike (S) proteini aracılığıyla anjiyotensin dönüştürücü enzim 2 (ACE2) reseptörüne bağlanarak konak hücreye giriş yaparak COVID-19 hastalığına neden olmakta, kalp ve akciğer gibi dokularda yüksek düzeyde eksprese olan ACE2'nin işlevini bozması nedeniyle COVID-19 pandemisinde Dünya Sağlık Örgütü verilerine göre 7 milyondan fazla insanın ölümüne yol açtığı bilinmektedir. SARS-CoV-2 genomunda özellikle Spike proteinini kodlayan bölgede görülen yüksek mutasyon oranı; virüsün bulaş hızı ile bağışıklık sisteminden kaçma yeteneğine bağlı olarak virüsün ölümcüllüğünü artırmaktadır. Bu nedenle virüse karşı ilaç geliştirmede Spike–ACE2 etkileşimi hedef alınmakta ve bu etkileşimin peptitler aracılığı ile inhibe edilmesine yönelik çalışmalara ağırlık verilmektedir. Peptitler, küçük moleküllere kıyasla esnek yapıları, özgül bağlanma yetenekleri ve düşük toksisiteleri sayesinde protein–protein etkileşimlerini inhibe etmeye yönelik ilaç geliştirme çalışmalarında önemli bir alternatif sunmakla birlikte geleneksel ilaç geliştirme yöntemlerinin yüksek maliyet ve uzun zaman gerektirmesi nedeniyle erken aşama tarama süreçlerinde bilgisayar destekli ilaç tasarım (CADD) yaklaşımlarının kullanımını gerekli kılmıştır. Spike–ACE2 etkileşimini inhibe etmeye yönelik geliştirilen peptitlerin etkinliğini değerlendiren çalışmalarda kullanılan hesaplamalı ve deneysel yöntemler sonucu elde edilen veriler arasında tutarsızlıkların olduğu gözlemlenmiştir. SARS-CoV-2 Spike–ACE2 etkileşiminin inhibisyonuna yönelik peptit tabanlı inhibitör tasarımında yapı tahmini, moleküler kenetleme programlarından HADDOCK ve AutoDock CrankPEP (ADCP) ile moleküler modelleme programlarından AlphaFold2 (AF2), AlphaFold2-Multimer (AF2M), PepFold3 ve ESMFold üzerinden çalışmalar yürütülmüştür. AF2M programının hem bağlanma bölgesini hem de bağlanma sonrası peptitin konformasyonu doğru şekilde belirlemede diğer programlara kıyasla üstün olduğu gözlemlendiğinden, bu program üzerinden Rosetta Ref2015, Rosetta ddG, Prodigy ve PyDock gibi farklı skorlama fonksiyonlarının etkileri incelenmiştir. AF2M ile modellenen yapıların Rosetta Ref2015 skoru ile sıralanmasının peptitin reseptör Spike proteini üzerinde konumlandırılması açısından anlamlı sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Bağlanma bölgesine doğru konumlandırılmış olması o bölgedeki etkileşimi inhibe ettiğini göstermediğinden; ilerleyen çalışmalarda skorlama fonksiyonlarının entegrasyonu ile peptit-bazlı inhibitör tasarımında daha güvenilir ve etkili sonuçlar elde etmek için veri setlerinin genişletilmesi, SAPx peptitleri-Spike RBD proteini komplekslerinin biyolojik olarak anlamlı analizinin yapılabilmesi için mikrosaniyeler mertebesinde MD simülasyonlarının yapılması ve bağlanma serbest enerjilerinin hesaplanmasının uygun olacağı değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında, SARS-CoV-2 Spike–ACE2 etkileşimini inhibe etmeye yönelik peptit-bazlı ilaç geliştirme süreçlerinde yapay zekâ destekli modelleme yaklaşımlarında doğru skorlama stratejilerinin kullanımının tasarımın doğruluğunu test etme sürecinde kullanılabilir bir metot olarak üzerinde çalışılmaya değer sonuçlar elde edilmiştir. Hesaplamalı yöntemde doğru skorlama stratejisi kullanımının sorunsalın çözümlenmesinde olumlu katkılar sunabileceği kıymetlendirilmektedir. Anahtar Kelimeler: SARS-CoV-2 virüsü, ACE2 reseptör proteini, Peptit-protein etkileşimleri, Peptit yapı tahmini, Moleküler kenetleme, Moleküler modelleme, Moleküler dinamik simülasyonları
Elektroensefelorafi ve elektrokardiyografi sinyalleri kullanılarak epilepsi nöbetlerinin yapay zeka ile tahmin edilmesi
Epilepsi ani gelişen nöbetlerle ortaya çıkan ve dünyada en yaygın görülen nörolojik hastalıkların başında gelmektedir. Epilepsi nöbetlerinin kontrol altına alınabilmesi için klinik olarak tercih edilen 2 yöntem; cerrahi işlemler ve farmakolojik yöntemlerdir. Fakat bu iki yöntem de epilepsi tedavisi için altın standart olarak kabul edilmemiştir. Bunun sebebi ise her hastaya uygulanabilirliklerinin ve başarı oranlarının düşük olmasıdır. Bu sebeple epilepsi nöbet tahmini algoritmalarının geliştirilebilmesi ve nöbet gerçekleşmeden belirli bir süre önce nöbetlerin tahmin edilebilmesi ile erken uyarı mekanizmalarının oluşturulması yaygın bir çalışma konusudur. Bu çalışmada erken epilepsi nöbet tahmini için Siena Scalp EEG veri tabanı kullanılmıştır. Çalışmaların tamamı MATLAB ile tamamlanmıştır. Tez çalışması kapsamında EEG ve EKG biyosinyal tabanlı makine öğrenmesi ve derin öğrenme algoritmaları geliştirilmiştir. Biyosinyallerin öncelikli olarak ön işleme basamakları tamamlanmış ve 30'ar saniyelik pencerelerle epoklanmışlardır. Makine öğrenmesi algoritmalarında EEG bazlı olarak 19 adet öznitelik ve EKG bazlı olarak ise 20 adet öznitelik ilgili biyosinyallerin zaman ve frekans bölgelerinden elde edilmiştir. En başarılı 5'er makine öğrenmesi modeli incelenmiş ve erken epilepsi nöbet tahmini ortalama ve medyan süreleri dakika cinsinden rapor edilmiştir. Epileptik nöbetlerin EEG verisi ile elde edilen makine öğrenmesi modelleri ile en yüksek başarı, %90,3 doğruluk oranı ile Efficient Linear SVM modeli tarafından elde edilmiştir. Bu model aynı zamanda %87 duyarlılık, %92 özgüllük ile epileptik nöbet öncesi dönemleri yüksek isabet oranıyla tespit etmiştir. Nöbetten ortalama 18,5 dakika önce uyarı verebilmesiyle, erken müdahale açısından da oldukça başarılı bir performans göstermiştir. EKG öznitelikleri ile gerçekleştirilen sınıflandırma deneylerinde ise en yüksek performans Lineer SVM modeli ile elde edilmiştir (Doğruluk %85,2, Duyarlılık %81, Özgüllük %88). Ayrıca bu model, nöbetten ortalama 14,8 dakika önce epileptik dönemi tahmin edebilmiştir. Medyan uyarı süresi ise 13 dakika olarak hesaplanmıştır. Derin öğrenme kısmında ise evrişimsel sinir ağları tercih edilmiştir. Bu kapsamda literatürde yaygın kullanılan mimariler ile epileptik nöbet tahmini algoritmaları tamamlanmıştır. Sinyallere ait epok bazlı spektogram görüntüleri 2 boyutlu mimarilere entegre edilmiştir. Bu kapsamda kullanılan mimariler; Resnet-18, MobileNetV2 ve EfficientNet-b0 mimarileridir. Buna ek olarak 1 boyutlu direkt zaman sinyali kapsamında Resnet-1D, MobileNet-1D ve InceptionTime mimarileri kullanılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde ise EEG sinyalleriyle eğitilen derin öğrenme modelleri EKG modellerinden daha yüksek başarılı sonuçlar verdiğine ulaşılmıştır. En yüksek doğruluk oranı, %95,4 ile ResNet-18 (2D) mimarisi tarafından EEG spektogramları ile elde edilmiştir. 1 boyutlu zaman serisi mimarileri arasında ise en yüksek doğruluk, %93,8 ile ResNet-1D ile tekrar EEG ile elde edilmiştir. Erken tahmin süreleri incelendiğinde, 2 boyutlu modellerin 10,5 – 9,0 dakika, 1 boyutlu modellerin ise 9,2–8,6 dakika arasında değişen medyan tahmin süresi sağladığı görülmektedir. Bu süreler, epileptik nöbetten önce müdahale şansı tanıyabilecek düzeyde yeterlidir. Derin öğrenme algoritmalarının erken epilepsi tahmin sürelerinin makine öğrenmesine göre daha kısa olmasının sebebinin daha temkinli ve doğru tahmin yapma amacıyla meydana geldiği öngörülmüştür.
Flavonoıd destekli hücre iskelelerinin deri doku yaralanmalarında kullanılması
Dekübit ülserler vücudun belli basınç bölgelerinde meydana gelen lokalize yaralar olup, tedavi edilmediği takdirde kemiğe kadar ilerleyen derin yaralar oluşturmaktadırlar. Bu tez kapsamında amaçlanan 2. veya 3. evre dekübit ülserlerin tedavisi için aday olabilecek hem yara bölgesini dış etkenlerden koruyacak hem de deri dokusunun iyileştirmesini hızlandıracak hücre iskeleleri üretmektir. Üretilen hücre iskelelerine antibakteriyel etkinlik Gümüş nanoparçacık (AgNp) ile kazandırılmıştır. Deri doku rejenerasyonunu desteklemesi ve hücresel stresi ortamdan uzaklaştırması için hücre iskelelerine antioksidan bir malzeme olan ve zeytin yapraklarında bol miktarda bulunan Oleuropein katkılanmıştır. Oleuropein katkılı PCL hücre iskelelerinin yüzeyine önce Argon plazma uygulanmış, daha sonra AgNp'ler in situ olarak sentezlenmiştir. Hücre iskelelerinin morfolojik karakterizasyonları taramalı elektron mikroskobu (SEM), dinamik ışık saçılımı (DLS), Fourier'in kızılötesi spektroskopisi (FTIR), yüzey analizi, porozite ve temas açısı ölçümleriyle yapılmıştır. Üretilen hücre iskelelerinin antibakteriyel ve antioksidan etkinliklerine de bakılmış, L-929 fibroblast hücre canlılığına etkileri incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda hücre iskelelerinin mekanik mukavemetlerinde ve FTIR analizlerinde gruplar anlamlı arası bir farklılığa rastlanmamıştır. Öte yandan, hücre iskelelerine katkılanan oleuropein miktarı arttıkça (20, 40 ve 60 mg katkılanmıştır.) antibakteriyel etkinin arttığı, bu durumun da oleuropeinin hidrofilik yapısından kaynaklandığı belirlenmiştir. Hücre iskelelerinden Gümüş iyonu ve oleuropein salımlarına bakılmış, ilk 72 saatte hem Gümüş iyonlarının hem de oleuropeinin hızlı bir salım profili sergilediği görülmüştür. AgNp'ler yüzeye kovalent bağlanmadığı için hücre iskeleleri salım ortamına alındığında yüzeyden hızlı bir şekilde Gümüş iyon salımı gerçekleşmektedir. Oleuropein ise yapısında bulunan hidroksil grupları sebebiyle suya afinitesi olan bir moleküldür ve salım ortamında rahatça çözünmektedir. Üretilen AgNp'lerin antibakteriyel özelliklerine bakılmış, E. coli ve S. aureus bakteri suşlarında sırasıyla canlılığı %15 ve %20'lere kadar düşürdüğü saptanmıştır. Oleuropein içeren hücre iskelelerinin radikal süpürme etkinlikleri incelenmiştir. 60 mg oleuropein içeren örnek grubunun radikal süpürme etkinliğinin %90'ın üzerinde olduğu saptanmıştır. Malzemelerin hücre canlılıklarına bakıldığında hücre tutunumunun ve çoğalmasının gerçekleştiği görülmüştür. 60 mg oleuropein içeren örnek gruplarında hücre canlılığı %120'lere kadar çıkmıştır. Örneklerle yara kapanma testi (çizik testi) yapılmış ve Oleuropein içeren örneklerin 72 saatin sonunda kontrol grubuna kıyasla (Yara kapanma oranı %65.74 olarak hesaplanmıştır.) yara kapanmasını %100 sağladığı görülmüştür. Tezin başında üretilmesi planlanan antibakteriyel ve antioksidan etki gösteren PCL hücre iskelelerinin üretimi sağlanmış, analizleri yapılmıştır. Örneklere Sunulan bu hücre iskelelerinin çeşitli modifikasyonlar ve katkılamalarla farklı deri doku yaraları için de alternatif olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.