Biyolojik Uyumlu Nanogözenekli Malzemelerin Üremik Toksinlerin Ayrımı İçin Moleküler Düzeyde Modellenmesi

Böbrek yetmezliği, böbreklerin vücuttaki atık maddelerin ve fazla sıvının dışarı atılması görevini yapamaması sebebi ile ortaya çıkan önemli bir hastalıktır. Günümüzde böbrek yetmezliği tedavisinde en çok kullanılan yöntem hemodiyalizdir. Hemodiyaliz yöntemi ile yarı-geçirgen bir membran kullanılarak kan üremik toksinlerden temizlenmektedir. Fakat bu yöntem diyaliz merkezlerinde uzun süren tedavi süreci gerektirdiğinden hastalar için oldukça zahmetlidir. Hemodiyalizin oldukça zahmetli bir yöntem olması sebebi ile pratik ve ulaşılabilir yeni yöntemler geliştirmek son derece önemlidir. Son yıllarda geniş yüzey alanları, gözenekli yapıları ve sentez sırasında ayarlanabilir kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olmaları sebebi ile metal organik yapılı (MOFlar) malzemeler literatürde dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, yeni bir gözenekli malzeme grubu olan biyolojik uyumlu MOFların (biyo-MOFların) yapay böbrek uygulamaları için potansiyelini belirlemek amaçlanmıştır. Literatürde şu ana kadar sentezlenmiş yaklaşık yüz bin adet MOF bulunmaktadır. Bu kadar çok malzemenin yapay böbrek uygulamaları için tek tek deneysel yöntemlerle test edilmesi oldukça zordur. Projede ilk olarak bu malzemeler içerisinden biyolojik uyumlu MOFlar belirlenmiş ve biyo-MOF veritabanı oluşturulmuştur. Böbrek fonksiyonlarını değerlendirmek için temel olarak kandaki kreatinin ve üre gibi zararlı maddelerin miktarı belirlenmelidir. Bu sebeple, projede oluşturulan veritabanı kullanılarak biyo-MOFların üremik toksin (kreatinin ve üre) geçirgenliklerini belirlemek için üremik toksinlerin biyo-MOFların gözenekleri içindeki tutulma miktarları ve difüzyon katsayıları atomik düzeyde detaylı hesaplama yöntemleri kullanılarak hesaplanmıştır. İlk olarak, Grand Kanonik Monte Carlo (GCMC) yöntemi kullanılarak üremik toksinlerin biyo-MOFların gözenekleri içerisindeki adsorpsiyon eğrileri tek- bileşenli ve ikili/üçlü karışım olarak vücut sıcaklığında hesaplanmıştır. İki atık maddenin (kreatinin ve üre) birlikte etkileşimleri araştırılmış ve adsorpsiyon, difüzyon, ve membran seçicilik değerleri hesaplanmıştır. İkinci olarak, Molekül Dinamikleri (MD) simülasyonları kullanılarak üremik toksinlerin gözenekler içindeki hareketi incelenmiştir. Son olarak, biyo-MOFların performansları yapay böbrek uygulamaları için literatürde önerilen diğer gözenekli malzeme grupları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, biyo-MOFların adsorban ve membran olarak yapay böbrek uygulamalarında kullanılmaları için performanslarını ortaya çıkarmıştır.