Deoxyribonucleic acid (DNA), a biomacromolecule that contains genetic information, can be used as a building material to construct novel structures by taking advantage of the specific pairing property between its bases. This field, called DNA nanotechnology, refers to the preparation of variety of functional materials at nanoscale by using the structural properties of DNA. In this thesis, it was aimed to develop a new DNA based nanovehicle, DNA tile, which can be used in the treatment of cancer and similar diseases, using the DNA nanotechnology concept. DNA tile structure was designed to have sticky sequences that can be hybridized to their complementary sequences. Prepared DNA structure was characterized using agarose gel electrophoresis, atomic force microscopy (AFM) and dynamic light scattering (DLS) analyses. The complementary oligonucleotides were functionalized with targeting molecules including lactose, folic acid, and RGD peptide to allow enhanced the cellular uptake of DNA tile. The DNA tile structure synthesized by the DNA origami approach was used for the drug and gene delivery applications using different cell lines. Doxorubicin, chemotherapy drug, was loaded into the DNA tile efficiently. The cellular uptake of nonfunctionalized and functionalized DNA tiles with targeting agents was compared and it was found that targeting molecules greatly increased the cellular uptake of DNA tiles. The greatest uptake effect was seen with lactose modification. Breast cancer cell line, which expresses luciferase, was prepared and used in gene silencing studies. The DNA tile containing the morpholino sequence, which was designed for specific to mRNA of firefly luciferase to silence the luciferase expression, was prepared. It was found that the transferred morpholino decreased the expression level of luciferase indicating that DNA tile successfully delivered the morpholino into the cells. Lactose was found to be more effective as a targeting molecule for the delivery of studied therapeutics. The results obtained from in vitro studies have shown that DNA tile structures are suitable nano-structures for the transport of drugs and possibly other therapeutics.

Genetik bilginin saklandığı biyomakromolekül olan deoksiribonükleik asit, bazları arasındaki spesifik eşleşme özelliğinden faydalanılarak, bir yapı malzemesi olarak yeni yapıların tasarlanması ve hazırlanmasında kullanılabilmektedir. DNA nanoteknoloji olarak isimlendirilen bu alan, DNA'nın yapısal özelliklerinin kullanılmasıyla nano ölçekte birçok fonksiyonel malzeme ve yapının hazırlanmasını ifade etmektedir. Bu tez çalışmasında DNA nanoteknoloji kullanılarak kanser ve benzeri hastalıkların tedavisinde kullanılabilecek yeni bir nanotaşıyıcı sistemin, DNA karo yapısının geliştirilmesi amaçlanmıştır. DNA karo yapıları, kendilerine eşlenik oligonükleotidlerle hibritleşebilecek yapışkan uç dizilimlerine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Eşlenik oligonükleotidler seçimli moleküler hedefleme ve hücresel alıma imkan veren laktoz, folik asit ve RGD peptit gibi moleküller kullanılarak işlevselleştirilmiştir. Hazırlanan DNA karo yapısı agaroz jel elektroforezi, atomik güç mikroskopu ve dinamik ışık saçılması kullanılarak karakterize edilmiştir. DNA origami yaklaşımıyla sentezlenen DNA yapılarının, ilaç taşınması ile gen susturma uygulamalarındaki kullanımı farklı hücre hatlarının kullanımıyla araştırılmıştır. Kemoterapi uygulamalarında yaygın olarak kullanılan doksorubisin, DNA karo yapısına interkalasyon ile etkin bir şekilde yüklenmiştir. Hedefleme araçlarıyla işlevselleştirilmemiş ve işlevselleştirilmiş ilaç yüklü DNA karo yapılarının hücresel alımları kıyaslanmıştır. Hedefleme moleküllerinin DNA karo yapılarının hücresel alımını büyük ölçüde arttırdığı ve en büyük etkiyi laktozun sağladığı gözlenmiştir. Gen susturma çalışmalarında kullanılması planlanan lusiferaz eksprese eden hücre hattı hazırlanmıştır. Lusiferaz anlatımını susturmak için tasarlanan lusiferaz mRNA'sına spesifik antisens morfolino dizisi içeren DNA tile yapısı hazırlanarak, lusiferaz proteininin anlatımı üzerine etkisi araştırılmış ve morfolino içeren işlevselleştirilmiş DNA karo yapısının morfolinoyu hücre içine taşıdığı ve lusiferaz anlatımını azalttığı gözlenmiştir. Hedefleme molekülleri içerisinde laktozun yine gen susturmada daha etkili olduğu bulunmuştur. In vitro çalışmalardan elde edilen sonuçlar, DNA karo yapılarının ilaç vb terapötiklerin taşınması için uygun nano yapılar olduğunu ortaya koymuştur.