Production of ammonium sulfate from human with an enzymatic polyhipe reactor and its use as fertilizer on wheat growth

Abstract

Bu çalışma, çeşitli Yüksek İç Faz Emülsiyon (polyHIPE) malzemeleri üzerinde üreaz enziminin immobilizasyonunu araştırarak, bunların özelliklerini, verimliliğini ve performansını değerlendirirken, polyHIPE tipi, miktarı, inkübasyon süresi ve diğer parametrelerin süreç ve enzim aktivitesi üzerindeki etkilerini incelemektedir. PolyHIPE malzemelerinin yüzey morfolojisi ve fonksiyonel grupları, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) kullanılarak analiz edilmiş ve poliglutaraldehit (PGA) ile modifikasyondan sonra önemli değişiklikler ortaya çıkmıştır. 15 saatlik inkübasyon süresi ile PGA'nın polyHIPE malzemelerine dahil edilmesi ile %95'lik maksimum immobilizasyon verimliliği elde edilmiştir. İmmobilize enzim için optimal koşullar, Box-Behnken tasarımı (BBD) ile yanıt yüzeyi metodolojisi (RSM) kullanılarak belirlendi. Ayrıca, immobilize enzim, altı döngüden sonra başlangıçtaki aktivitesinin %75'ini koruyarak umut verici bir yeniden kullanılabilirlik gösterdi ve oda sıcaklığında 10 gün sonra aktivitesinin %40'ından fazlasını koruyarak raf ömrü stabilitesini sürdürdü. Kinetik analizler, immobilize üreazın, serbest enzime kıyasla substrat dönüşüm oranı daha düşük olmasına rağmen, substrat için daha yüksek afinite sergilediğini gösterdi. Bu sonuçlar, biyoteknoloji ve biyokataliz alanlarında potansiyel uygulamalarla birlikte, üreaz immobilizasyon süreçlerinin optimize edilmesi ve üreaz stabilitesi ve aktivitesinin iyileştirilmesi konusunda değerli bilgiler sağlamaktadır. Bununla birlikte, yapılan çalışmada polyHIPE destek malzemesi üzerinde immobilize edilmiş üreaz kullanarak insan idrarından amonyum sülfatın geri kazanılmasını ve bunun makarnalık buğdayı için gübre olarak kullanım potansiyelini de araştırılmaktadır. İnsan idrarında üreaz aktivitesi için optimal koşullar pH 7 ve 45°C'de bulunmuştur; immobilize enzim, 10 döngü boyunca aktivitesinin %53'ünü ve oda sıcaklığında 10 gün sonra %50'sini korumuştur. Enzim immobilize edilmiş poliHIPE reaktör çalışmalarında ise reaktör 0,5, ve 1 m3/m2.saat lineer besleme hızlarında çalıştırıldığında 1 m3/m2.saat lineer hız da dahi %95'in üzerinde üre hidroliz verimleri elde edilmiştir.Amonyak sıyırma çalışmalarında ise özellikle 40°C ve 65 °C çalışma sıcaklıklarında pH 10 ve 11 değerlerinde %80'nin üzerinde amonyak sıyırma verimlerine ulaşılmıştır. 65 °C çalışma sıcaklığına geçildiğinde ise pH 9 değerinde dahi %80 civarı amonyak sıyırma verimi elde edilirken, pH 10 değerine çıkıldığında amonyağın neredeyse tamamı sıyrılabilmiştir. X-ışını difraksiyonu, geri kazanılan amonyum sülfatın ticari versiyonlarla benzerliğini doğrulamıştır. Gübre olarak, geri kazanılan amonyum sülfat, bitki büyümesi açısından ticari ürünlerle karşılaştırılabilir sonuçlar gösterdi ve yükseklik, başak uzunluğu veya başakçıklar açısından önemli bir fark görülmedi. Bol miktarda bulunan ve maliyet etkin insan idrarından amonyum sülfat üretmek, sentetik gübrelere sürdürülebilir ve ekonomik bir alternatif sunarak çevresel ve tarımsal hedefleri desteklemektedir.Colon cancer (CC) remains a leading cause of cancer-related mortality worldwide, largely due to its aggressive progression and resistance to conventional therapies. This study explores a promising strategy for treating CC, which combines chemotherapy, epigenetic drug, and gene therapy aiming to enhance the killing of colon cancer cells while minimizing systemic toxicity and overcoming drug resistance. Multifunctional nanocarriers (dendrimers and liposomes) have emerged as effective tools for CC therapy, delivering multiple treatments directly to cancer cells to enhance effectiveness and minimize side effects. This thesis study aims to improve the efficiency of colon cancer treatment by using these two types of drug delivery systems. PAMAM-based dendrimers and cationic DOTAP liposomes are used for the delivery of two types of drugs; chemotherapy drug (5-FU) and epigenetic drug (SAHA/NaB) and as a non-viral gene delivery system for the delivery of plasmid DNA (pTRAIL). In summary, nanocarriers carrying a plasmid DNA coding for TRAIL that can induce apoptosis in cancer cells and combination with histone deacetylase inhibitors (HDACi) SAHA/NaB to restore sensitivity of cancer cells against chemotherapy drug 5-fluorouracil (5FU) have demonstrated a synergistic activity against CC cells. Biophysical and physicochemical characterization of these therapeutic-loaded nanocarriers and their complexes with plasmid DNA demonstrated that nanocarriers around 100-150 nm hydrodynamic diameter with positive zeta potential have successfully prepared. They can carry drugs and showed pDNA binding and protection capability. Subsequent in vitro characterization analysis of these nanocarriers have demonstrated that novel triple combination therapy effectively reduced CC cell proliferation. In conclusion, multifunctional nanocarrier platforms have successfully developed and they are offering a promising approach for combination therapy of CC.