Canbolat GÜRSES Genetik ve Nanobiyoteknoloji
Hücrelerin bazı yönlerinin çalışılmasında araştırmacılar hücre içeriğinin dışarı çıkartılmasına, değiştirilmesine ve tekrar geri hücre içine konulmasına ihtiyaç duymaktadırlar. Bu tarz çalışmalar için seçenekler kısıtlıdır fakat araştırmacılar hücrenin membranından bir mitokondri geçecek büyüklükte bir delik açabilen nano bıçak geliştirdiklerini açıkladılar. Bu teknolojiyi daha önceden hücreler arasında başka malzemelerin transferi için kullanan araştırmacılar, nano bıçağın biyomühendislikteki çok daha geniş ticari uygulamalar için kullanılmasını umut ediyorlar.
Hücre mühendisliği için yeni bir araç olarak hücrelerin tam anlamıyla sağlık ve araştırma amaçlı yeniden dizayn edilmeleri son zamanlarda ortaya çıkan teknoloji olması nedeniyle çok eşsizdir. Son yıllara kadar bilim insanları büyüklük olarak birkaç mikrona kadar olan hiçbir şeyi taşıyamadıklarını belirtiyorlardı.
Birkaç yıl önce bir çekirdeğin bir hücreden diğerine transferi fikrinin ortaya çıkmasıyla araştırmacılar kök hücre biyolojisi ve enerji metabolizması arasını yakın zamanda bir hücrenin mitokondrisini manipüle etmekte kullanılan teknoloji ile derinlemesine incelemeye başladılar. İnsanlarda kuvvetsizliğe veya ölümcül hastalıklara yol açabilen mitokondriyal genomdaki mutasyonların etkilerinin çalışılması bir dizi nedenden ötürü aldatıcıdır.
Bir hücrenin mitokondriyal DNA’sını modifiye etmedeki alanda bir tıkanıklık olduğu için araştırmacılar iki aşamalı bir süreç üzerinde çalıştılar: hücre dışında mitokondriyal genomun düzenlenmesi ve ondan sonra da bu manipüle edilmiş mitokondrilerin alınarak tekrar hücre içine konulması. İkinci aşamayı oldukça iyi çözmeyi başaran bilim insanları ilk aşama üzerinde çalışmalara devam ediyorlar.
İnsan osteosarkoma hücreleri ve mitokondriler (yeşil renkli) ve nano bıçakla insan embriyonik böbrek hücrelerinden transfer edilmiş ilave mitokondriler (kırmızı renkli). Önceden var olan yeşil renkli mitokondrilere kıyasla nano bıçakla kırmızıyla işaretli çok az mitokondrinin aslında her bir hücreye taşındığı görülmektedir.
Nano bıçak aleti bir mikroskop, lazer ve bıçak olarak titanyum kaplı mikropipet içermektedir ve bir kumandayla kontrol edilmektedir. Bir lazer titreşimi titanyuma çarptığı zaman metal ısınır ve kültür medyumunda bulunan çevredeki su tabakalarını buharlaştırır ve hücreye komşu bir baloncuk oluşturur. Bir mikro saniye içinde baloncuk genişler ve hücre membranını delen bir yerel güç üretir. Birkaç mikron uzunluğunda oluşan bu geçit sayesinde kargo (ki bu durumda mitokondri) iletilebilir. Hücre daha sonra hızlıca membrandaki defekti tamir eder.
Araştırma ekibi nano bıçağı işaretli mitokondrileri insan meme kanseri hücreleri ve embriyonik böbrek hücrelerinden mitokondriyel DNA içermeyen hücrelere sokmada kullandılar. Daha sonra çekirdek ve mitokondrideki DNA’yı diziledikleri zaman araştırmacılar mitokondrinin başarıyla transfer edildiğini ve hücrelerin %2’sinde replikasyona uğradığını gördüler. Mitokondriyel transferin diğer metodlarını kontrol etmek zordur ve başka araştırmacılara göre başarı oranının sadece %0.0001-0.5 arasında olduğu rapor edilmiştir.
Mitokondriyel transferdeki başarı bilim insanlarına hücresel cerrahiyi gerçekleştirmek için cesaret veriyor. Nano bıçak için en heyecan verici uygulama mitokondri ve enfeksiyöz hastalıkların çalışılabilmesi olarak bahsediliyor. Bu teknoloji hücre düzeyinde cerrahi için yeni kabiliyetler getiriyor.
Ayrıca araştırma ekibinin isteği mitokondrinin de ötesine geçmektedir. Bunun için ekip şu anda nano bıçağın otomatik ve yüksek işlem hacmine sahip yeni bir türü üzerinde çalışmaktadır. Araştırma grubu çalışmalarda yardımcı olacak birkaç mikron veya daha küçük olarak düşünülen ki bunlar antikor, patojen, sentetik malzemeler veya hayal edilemeyen başka herhangi bir şeyin tasarımını araştırmacılara mümkün kılacak, herkes için kullanımı kolay bir platform geliştirmek istemektedir.
Düşünsenize, şu anda araştırmacıların yapamadıklarını gerçekleştirmelerine olanak sağlayacak her türlü yenilik gerçekten de çok havalı olmaz mıydı?
