Canbolat GÜRSES Genetik ve Nanobiyoteknoloji
Küçük altın partiküllerinin özel bir türü hücre membranından kolayca kayabilir ve sonuçta bu durum onları, hedef hücrelere direkt ilaç taşınması için iyi bir aday yapar.
Massachusetts Institute of Technology’deki malzeme bilimciler, nöronlar arasında sinyal iletimini sağlayan çok önemli bir işlem olan normalde vezikül-vezikül füzyonunda kullanılan bir yolun avantajı tarafından nanopartiküllerin hücre içine girdiğini ortaya çıkarttılar.
Bulgular, altın veya başka malzemelerden yapılmış nanopartiküllerin hücre içine çok daha kolay girmelerini sağlayacak dizaynları için mümkün olan stratejileri gözler önüne serdi. Sonuçta, şu an bilinenden daha geçerli olan bir çeşit mekanizma belirlenmiş oldu. Ayrıca bu yolun ilk kez belirlenmesi, bu özel nanopartiküllerin nasıl üretileceğinin yanı sıra bu yolun başka sistemler için de aktif olabileceği fikrini vermektedir.
Çoğu nanopartikül, hücre membranına zarar verebilen ve hücre içeriğinin dışarı sızmasına yol açabilen hücre membranından oluşan yapılarda nanopartikülü sıkıştırıp hücre içine alma işlemi olan endositoz yoluyla girer. Ancak, 2008 yılında MIT’deki bilim insanları bir molekül karışımıyla kaplanmış altın nanopartiküllerinin özel bir çeşidinin hücre bütünlüğünde herhangi bir bozulma olmaksızın hücre içine girdiğini buldular. Bunun nasıl ve neden olduğu başlarda tamamen gizemdi. Geçen yıl partiküllerin bir şekilde hücre membranıyla kaynaştığı ve böylece hücrelere alındığı bulundu. Yeni yapılan bir araştırmada ise detaylı atomsal simülasyonlar yaratılarak bu hücre içine alımın nasıl gerçekleştiğine ve modelin öngörülerine yönelik deneyler gerçekleştirildi.
Gizli giriş
İlaç taşınması için kullanılan altın nanopartiküller, kimyasal özelliklerini etkili bir hale getirmeye yardımcı moleküllerin ince bir tabakasıyla genellikle kaplanırlar. Bu moleküllerin veya ligandların bazıları negatif yüklü ve hidrofilik olmalarının yanında bazıları hidrofobiktir. Araştırmacılar, partiküllerin hücreye girme yeteneklerinin hücre membranında bulunan hidrofobik ligandlar ve lipidler arasındaki etkileşimlere dayandığını buldular.
Hücre membranı, hidrofobik lipid kuyrukları ve hidrofilik başlara sahip çift katlı fosfolipid molekülleri içerir. Lipid kuyrukları birbirlerine bakacak şekilde simetrik bir yapı oluştururken başlar dış kısımlara gelecek şekilde yerleşmiştir.
Bilgisayar simülasyonlarındaki incelemelere dayanan araştırmacılar ilk olarak membran içindeki bir yerde lipid kuyruklarının kaldığı “mükemmel çift zar” olarak adlandırılan yapıyı yarattılar. Bu şartlar altında araştırmacılar altın nanopartiküllerinin hücre membranıyla kaynaşamadığını buldular.
Ancak, eğer model membran lipid kuyrukların kayabileceği bir açıklık yani bir kusur içerdiğinde nanopartiküller membrandan içeri girmeye başlarlar. Bu lipid çıkıntılar meydana geldiği zaman lipidler ve partiküller birbirlerine tutunurlar çünkü hem lipidler hem de partiküller hidrofobiktir ve partiküller membran tarafından onlara zarar verilmeden yutulmuştur.
Gerçek hücre membranlarının içinde, bu lipid çıkıntılar özellikle proteinlerin membrana gömüldüğü bölgelere yakın yerlerde rastgele bir biçimde meydana gelir. Ayrıca, membranın kavisli olduğu bölgelerde çok daha sıklıkla meydana gelir çünkü hidrofilik kafaların kavisli alanı tamamen kaplamaları düz olan bölgelere göre daha zor olduğundan sonuçta çıkıntı oluşurken lipid kuyruklar için boşluklar bırakılır.
Bunu bir paketleme sorununa benzetebiliriz. Kuyrukların dışarı çıkıp suyla temas ettiği açık bölgeler vardır. Membranın oldukça kavisli bölgelerinde meydana gelen bu çıkıntıların oluşma ihtimali 100 kat artar.
MIT’deki mühendisler özel moleküllerle kaplı bir altın nanopartikülünün membran içine nasıl girdiğini gösteren bir simülasyon yarattılar. Solda, üstte partikül membranla temas sağlamaktadır. Sağda, partikül membranla kaynaşmıştır.
Doğayı taklit etmek
Bu olayın, doğal olarak hücrelerde meydana gelen veziküllerin hücre zarıyla kaynaşması işlemini taklit ettiği görülmektedir. Veziküller nörotransmitterler veya hormonlar gibi kargo taşıyan membran benzeri materyallerden oluşan küçük kürelerdir.
Veziküllerin absorbsiyonu ve nanopartikül girişi arasındaki benzerlik pek çok vezikül kaynaşmasının doğal olarak gerçekleştiği hücrelerin altın nanopartikülleriyle ilaç taşınması için iyi hedefler olabileceğine işaret etmektedir. Araştırmacılar, membran kompozisyonu ve membrana gömülü proteinlerin farklı hücre çeşitlerindeki absorbsiyon işlemine etkileri üzerinde başka analizler yapmayı planlamaktadırlar. Tüm kısıtlamaların anlaşılması ve belirli hücre tiplerine veya bir hücrenin farklı bölgelerine hedeflenmiş nanopartiküllerin en iyi dizaynının belirlenmesine yönelik çalışmalar devam etmektedir.
Nanopartiküller için muhtemel yeni yüzey ligandlarının çığır açan mühendislik dizaynlarıyla geliştirilmesi şüphesiz ki yüzey grupları ve lipid kuyrukların her ikisi için de afinitenin ilerletilmesine yol açacaktır.
