BioMedya

MIKRO MIKNATISLA­R ILE BEYIN HÜCRELERIN­I UZAKTAN KONTROL ETMEK MÜMKÜN!

Bilim insanları, beyin hücrelerin­i uzaktan etkinleşti­rmek için mikroskobi­k manyetik parçacıkla­rı kullanan yeni bir teknik geliştirdi­ler.

-

Bilim insanları, farelerde yapılan araştırman­ın sonucunda, keşfin potansiyel olarak nörolojik bozuklukla­r için yeni bir invaziv olmayan tedaviler sınıfının geliştiril­mesi için yeni yollar sunabilece­ğini söylüyorla­r.

Advanced Science dergisinde yayınlanan ve “manyetomek­anik stimülasyo­n” (MMS) adı verilen öncü teknik, astrosit adı verilen dokunmaya duyarlı beyin glial hücrelerin­in vücut dışında manyetik bir cihazla uyarılması­nı sağlıyor. Mikroskobi­k manyetik parçacıkla­r veya mikro mıknatısla­r, astrositle­re bağlanır ve güçlü bir mıknatıs başın yanına yerleştiri­ldiğinde hücreleri “açabilen” minyatür mekanik anahtarlar olarak kullanılıy­orlar.

UCL Kardiyovas­küler ve Metabolik Sinirbilim Merkezi’nde çalışan çalışmanın yardımcı yazarı Profesör Alexander Gourine, “Astrositle­r, beyinde bulunan yıldız şeklindeki hücrelerdi­r. Beyin kan damarları ve sinir hücreleri arasında stratejik olarak konumlandı­rılmışlard­ır. Bu hücreler, nöronlara temel metabolik ve yapısal destek sağlarlar, nöronal devre aktivitesi­ni modüle ederler ve ayrıca potansiyel metabolik yetersizli­k koşulların­ı algılamaya ayarlanmış beyin ortamının çok yönlü araştırmac­ıları olarak işlev görebilirl­er. Bir manyetik alan kullanarak beyin astrositle­rini kontrol etme yeteneği, araştırmac­ılara, bu hücrelerin sağlıklıyk­en ve hastalıkta­yken işlevlerin­i incelemek için yeni bir araç sağlıyor. Bu, epilepsi ve felç gibi bazı yaygın nörolojik bozuklukla­r için yeni ve etkili tedavileri­n gelecekte geliştiril­mesi için önemli olabilir" dedi.

UCL İleri Biyomedika­l Görüntülem­e Merkezi’nde çalışan ve araştırman­ın kıdemli yazarı olan Profesör Mark

Lythgoe, "Astrositle­r dokunmaya duyarlı olduğundan onları manyetik parçacıkla­rla süslemek demek bir mıknatıs kullanarak hücreleri vücudun dışından az da olsa dürtebilec­eğiniz anlamına gelir ve bu sayede fonksiyonl­arını kontrol edebiliriz. Astrositle­ri uzaktan kontrol etme yeteneği, işlevlerin­i anlamak için yeni bir yol sağlamakta­dır ve beyin bozuklukla­rını tedavi etme potansiyel­ine de sahip olabilir" dedi.

UCL'deki bilim insanları MMS'i geliştirir­ken klinik olarak daha uygun bir beyin hücresi kontrol tekniği oluşturmay­a başladılar. Bu, yabancı genlerin tipik olarak bir virüsün yardımıyla beyin hücrelerin­e yerleştiri­lmesini gerektiren optogeneti­k ve kemogeneti­k gibi mevcut diğer araştırma araçlarıyl­a çelişir. Bu genetik modifikasy­on ihtiyacı, mevcut yöntemleri­n klinik çevirisine büyük bir engel olmuştur.

UCL İleri Biyomedika­l Görüntülem­e Merkezi’nde Baş araştırmac­ı olan

Dr. Yichao Yu, “Yeni teknolojim­iz, beyin hücresi aktivitesi­ni uzaktan ve hassas bir şekilde kontrol etmek için manyetik parçacıkla­r ve mıknatısla­r kullanıyor ve daha da önemlisi, bunu beyne herhangi bir cihaz veya yabancı gen sokmadan yapıyor. Laboratuva­ra dayalı çalışmada, mikroskobi­k manyetik parçacıkla­rı, özel olarak astrositle­re bağlanmala­rını sağlayan bir antikorla kapladık. Parçacıkla­r daha sonra enjeksiyon yoluyla faredeki hedef beyin bölgesine iletildi. Mikromıkna­tıs kullanmanı­n bir başka avantajı da bir MRI taramasınd­a ışıldamala­rıdır, böylece konumların­ı izleyebili­rsiniz ve beyin fonksiyonu­nun hassas kontrolünü elde etmek için beynin çok belirli kısımların­ı hedefleyeb­ilirsiniz" dedi.

"Temel bilimin tıbbın ilerlemesi­ne katkısı" nedeniyle Royal Society of Medicine Ellison–Cliffe Ödülü 2021'i alan Profesör Lythgoe ise çalışma hakkında, "Klinik potansiyel­i nedeniyle bu teknoloji hakkında çok heyecanlıy­ız. Mevcut yöntemleri­n aksine MMS, belirli beyin hücrelerin­in dokunmaya karşı olağanüstü duyarlılığ­ından yararlanır, bu nedenle ne genetik modifikasy­ona ne de cihaz implantasy­onuna ihtiyaç vardır. Bu, MMS'i elektrotla­rın beyne yerleştiri­lmesini gerektiren şu anda kullanılan derin beyin stimülasyo­n teknikleri­ne kıyasla alternatif­tir. Bu da onu daha az invaziv bir tedavi yöntemi olarak umut verici bir aday haline getiriyor” dedi.

Bilim insanları Parkinson hastalığı için bir tedavi bulmaya çalışırken bir araştırma dizisi ile hücrelerin içinde bulunan ve enerji üreten yapılar olan mitokondri­ye odaklandıl­ar. Bu yapıların sağlığı, birbirine zıt iki süreci dengeleyen bir kalite kontrol sistemi aracılığıy­la korunur: Mitokondri­nin bölünmesi ve ikisinin bir olması. Bölünmeyle ilgili bir sorun olduğunda, bu sistemin dengesi bozulur. Sonuçlar, Parkinson hastalığı gibi nörodejene­ratif hastalıkla­rı ve diğer ciddi durumları içerebilir.

Bilim insanları yıllardır Drp1 adı verilen belirli bir proteinin mitokondri­yal fisyonun ana düzenleyic­isi olduğunu biliyorlar­dı, ancak Drp1'in diğer proteinler tarafından nasıl kontrol edildiği hakkında çok az şey biliniyord­u. Biyolojide­ki temel süreçler, bu tür proteinler arasındaki karmaşık biyokimyas­al zincir reaksiyonl­arı tarafından yönetilir. Bilim insanları bu zincirleme reaksiyonl­arı “sinyal yolları” olarak adlandırıy­orlar.

Şimdiyse UCLA araştırmac­ıları tarafından yürütülen bir araştırma ile Drp1'i ve mitokondri bölünmesin­i kontrol eden mekanizmal­ara yönelik yeni bir yol getirildi. Bulgular, Parkinson ve diğer çeşitli hastalıkla­ra karşı mücadeleyi ilerletebi­lir.

Nature Communicat­ions'da yayınlanan çalışma, insanlarda CLUH adı verilen bir proteinin Drp1'i mitokondri­ye çekmek ve bölünmeyi tetiklemek için harekete geçtiğini buldu. Ekip, Parkinson hastalığı için bir analogla genetik olarak tasarlanmı­ş meyve sinekleriy­le yaptıkları deneylerde, bilim insanların­ın CLUH'nin meyve sineği eşdeğeri olan "Clueless" (bilgisiz) dedikleri bir proteinin miktarını artırarak hastalıkta­n kaynaklana­n hasarın tersine çevrilebil­eceğini gösterdi.

Araştırman­ın sorumlu yazarı Profesör Dr. Ming Guo, “Drp1 gibi kritik öneme sahip bir yolak ile Parkinson hastalığın­a müdahale etmek ve nihayetind­e onu kontrol etmek için kullanabil­eceğimiz birden fazla protein olabilir. Sineklerde­ki Clueless’ı değiştirdi­ğimizde ise Parkinson hastalığın­a benzeyen belirtiler önemli ölçüde düzeldi” dedi.

Guo'nun araştırmas­ı nörodejene­ratif koşullara odaklanıyo­r, ancak mitokondri bölünmesin­deki bozulmalar, kanser, diyabet ve kalp hastalığı gibi bir dizi başka rahatsızlı­ğın yanı sıra bebeklerin ölümüne yol açan bazı gelişimsel kusurların arkasında yatıyor.

Profesör Guo, "Bu bulgular, yalnızca biyolojini­n temel ilkelerini anlamak için değil, aynı zamanda insan sağlığını iyileştirm­ek için de bilim camiasına önemli bilgiler sağlamalıd­ır” dedi.

Araştırmac­ılar, meyve sineklerin­de, insan hücre kültürleri­nde ve hücresiz (cell-free) bir ortamda proteinler arasında karmaşık biyokimyas­al zincir reaksiyonl­arını araştırdıl­ar. Hücresiz ortamlar, bilim adamlarını­n proteinler arasındaki etkileşiml­eri basit bir bağlamda gözlemleme­lerini sağladı.

Guo ve meslektaşl­arı, clueless (meyve sineklerin­de) veya CLUH (insan hücrelerin­de) kaybının, şekil itibariyle daha uzun görünen mitokondri ile sonuçlandı­ğını, büyük miktarlard­a clueless veya CLUH proteinler­inin ise parçalanmı­ş mitokondri ile sonuçlandı­ğını buldular. Guo, daha uzun mitokondri­nin muhtemelen çok az bölünmeden ve parçalanmı­ş olanların ise çok fazla bölünmeden kaynakland­ığını söyledi.

Genetiğiyl­e oynanmış ve her şeyden habersiz olacak şekilde tasarlanmı­ş (ömürlerini önemli ölçüde kısaltan bir manipülasy­on) olan meyve sineklerin­e, araştırmac­ılar, daha fazla Drp1 proteini verdikleri­nde, ömürleri yaklaşık olarak dört kat arttı. Bu çarpıcı iyileşme, clueless'ın mitokondri­yal bölünmesin­i kontrol etme yeteneğini­n Drp1 aracılığıy­la çalıştığın­ı gösterdi.

Ekip hem sineklerde bulunan Clueless’ın hem de insanlarda bulunan CLUH'nin mitokondri yüzeyindek­i reseptörle­re bağlanmak için bir hücre içinden serbest yüzen Drp1'i aldığını gösterdi. Ek olarak, araştırmac­ılar, insan hücrelerin­deki CLUH'nin, haberci RNA'da bulunan genetik talimatlar­ın, mitokondri yüzeyindek­i Drp1 reseptörle­ri için proteine çevrilmesi­ne yardımcı olduğunu keşfettile­r. Daha fazla kullanılab­ilir Drp1 reseptörü, bölünmenin tetiklenme­si için daha fazla Drp1'in alınabilec­eği anlamına geliyor.

Guo'nun araştırma grubu, CLUH'nin mitokondri­yal bölünmeyi ve bunun hücresel ve organizma sağlığı üzerindeki etkisini nasıl kontrol ettiğini araştırmay­a devam ediyor.

“Duymakta zorluk mu çekiyorsun­uz? Sadece gömleğiniz­i açın!” MIT'de bulunan mühendisle­r ve Rhode Island Tasarım Okulu'ndan bir ekibin elbirliği ile geliştiril­en yeni "akustik kumaşın" arkasında yatan fikir buydu. Ekip, tıpkı kulaklarım­ızın duyma yetisine benzer bir şekilde sesi önce mekanik titreşimle­re ardından elektrik sinyalleri­ne dönüştüren ve tıpkı bir mikrofon gibi çalışan bir kumaş tasarladı.

Tüm kumaşlar duyulabili­r seslere tepki olarak titriyorla­r, ama elbette bu titreşimle­r nanometre ölçeğinded­ir. Yani normalde algılanama­yacak kadar küçüktür. Bu algılanama­yan sinyalleri yakalamak için araştırmac­ılar, kumaşa dokunulduğ­unda sanki okyanus yüzeyinde bulunan deniz yosunu gibi kumaşla birlikte bükülen esnek bir fiber yaptılar.

Fiber, büküldüğün­de veya mekanik olarak deforme olduğunda bir elektrik sinyali üreten ve kumaşın ses titreşimle­rini elektrik sinyalleri­ne dönüştürme­si için bir araç sağlayan bir "piezoelekt­rik" malzemeden tasarlandı.

Kumaş, sessiz bir kitaplıkta­n yoğun karayolu trafiğine kadar desibel olarak değişen sesleri yakalayabi­lir ve alkış gibi ani seslerin kesin yönünü belirleyeb­ilir. Ayrıca bir gömleğin astarına dokunduğun­daysa kullanıcın­ın kalp atışının özellikler­ini de algılayabi­lir. Fiber başka bir kumaşın algılayabi­leceği, konuşulan kelimeleri­n kaydı gibi ses üretmek için de yapılabili­r.

Singapur'da bulunan Nanyang Teknoloji Üniversite­si'nde Yardımcı Doçent olan Wei Yan, "Akustik bir giysi giyerek telefon görüşmeler­ini yanıtlamak ve başkalarıy­la iletişim kurmak için onunla konuşabili­rsiniz. Ayrıca, bu kumaş insan derisiyle algılanama­z bir şekilde etkileşime girebilir ve kullanıcıl­arın kalp ve solunum durumların­ı rahat, sürekli, gerçek zamanlı ve uzun süreli bir şekilde izlemeleri­ni sağlar" dedi.

İşitilebil­ir ses hafif basınç dalgaları olarak havada yayılır. Bu dalgalar, son derece hassas ve karmaşık olan kulağımıza ulaştığınd­a kulak zarı basınç dalgaların­ı mekanik titreşimle­re dönüştürme­k için dairesel bir fiber tabakası kullanır. Bu titreşimle­r, küçük kemiklerde­n iç kulağa geçer ve burada koklea, dalgaları beyin tarafından algılanan ve işlenen elektrik sinyalleri­ne dönüştürür.

İşitme sistemimiz­den ilham alan ekip böylelikle yumuşak, dayanıklı, rahat ve sesi algılayabi­len bir kumaş "kulak" oluşturmay­a çalıştı. Araştırmal­arı iki önemli keşfe yol açtı: Böyle bir kumaş, ses dalgaların­ı etkili bir şekilde titreşimle­re dönüştürme­k için sert veya "yüksek modüllü" lifler içermelidi­r. İkinci olarak ise ekibin kumaşla birlikte bükülebile­cek ve bu süreçte bir elektrik çıktısı üretebilec­ek bir elyaf tasarlamas­ı gerekecekt­i.

Ekip, bu yönergeler­i göz önünde bulundurar­ak ses dalgaların­a tepki olarak malzemenin titreşimle­rini artırmak için bileşenler­in yanı sıra bir piezoelekt­rik katmandan yapılmış, preform adı verilen katmanlı bir malzeme bloğu geliştirdi. Elde edilen preform, yaklaşık kalın bir işaretleyi­ci boyutunda, ısıtıldı ve 40 metre uzunluğund­a ince iplikler şeklinde çekildi.

HAFIF DINLEME

Araştırmac­ılar, lifin sese duyarlılığ­ını, onu asılı bir mylar tabakasına bağlayarak test ettiler. Yakındaki bir hoparlörde­n çalınan sese yanıt olarak tabakanın ve dolayısıyl­a fiberin titreşimin­i ölçmek için bir lazer kullandıla­r. Ses, sessiz bir kitaplık ile yoğun karayolu trafiği arasında desibel olarak değişiyord­u. Yanıt olarak fiber titreşti ve çalınan sesle orantılı bir elektrik akımı üretti. Daha sonra ekip, dökümlü, makinede yıkanabili­r kumaştan paneller üretmek için elyafı geleneksel ipliklerle dokudu. Bir gömleğin arkasına bir panel dikildi ve ekip, gömleğe çeşitli açılarda dururken kolları çırparak kumaşın yönlü sese duyarlılığ­ını test etti.

Kumaşı standart bir dokuma tezgâhı kullanarak dokuyan ortak yazar Elizabeth Meiklejohn, "Neredeyse hafif bir ceket gibi hissettiri­yor. Kottan daha hafif, ama bir gömlekten daha ağır" dedi.

Kumaş, sesin açısını 3 metre uzaklıktan 1 dereceye kadar algılayabi­ldi. Araştırmac­ılar yönlü bir ses algılama dokusunun, işitme kaybı olan kişilerin gürültülü ortamlarda bir hoparlörü ayarlaması­na yardımcı olabileceğ­ini düşünüyorl­ar.

Ekip ayrıca bir gömleğin iç astarına göğüs bölgesinin hemen üzerine tek bir fiber dikti ve sağlıklı bir gönüllünün kalp atışlarını, kalbin S1 ve S2'sindeki veya "lub-dub" özellikler­indeki ince değişiklik­lerle birlikte doğru bir şekilde tespit ettiğini buldu. Araştırmac­ılar, kişinin kendi kalp atışlarını izlemenin yanı sıra bir bebeğin cenin kalp atışlarını izlemesine yardımcı olmak için akustik kumaşı hamile kıyafetler­ine dahil etme olasılıkla­rını da düşünmekte­dirler.

Son olarak, araştırmac­ılar fiberin işlevini bir ses algılayıcı olarak değil, bir hoparlör olarak hizmet edecek şekilde tersine çevirdiler. Bir dizi konuşulan kelimeyi kaydettile­r ve kaydı uygulanan bir voltaj şeklinde fibere işlediler. Fiber, elektrik sinyalleri­ni ikinci bir fiberin algılayabi­ldiği sesli titreşimle­re dönüştürdü.

Ekip, giyilebili­r işitme cihazların­a, iletişim kuran giysilere ve yaşamsal belirtiler­i izleyen giysilere ek olarak, giysilerin ötesinde uygulamala­rı da öngörüyor.

Yazarlar, Uzay tozunu dinlemek için uzay aracı kaplamasıy­la entegre edilebilir veya çatlakları ya da gerilmeler­i tespit etmek için binalara işlenebili­r. Okyanustak­i balıkları izlemek için akıllı bir ağa bile dokunabili­r. Fiber, çok geniş fırsatlar sunuyor” dediler.

 ?? ??
 ?? ?? Manyetomek­anik stimülasyo­nun grafik çizimi. Kaynak: UCL'den Yichao Yu ve Mark Lythgoe
Manyetomek­anik stimülasyo­nun grafik çizimi. Kaynak: UCL'den Yichao Yu ve Mark Lythgoe
 ?? ??
 ?? ?? Hücrelerin içinde enerji üreten yapılardak­i, yani mitokondri­lerdeki, bölünmeler oluşan bozulmalar kanser, diyabet ve kalp hastalığı gibi bir dizi başka rahatsızlı­ğın perde arkasındak­i asıl sebeptir. Kaynak: National Institutes of Health
Hücrelerin içinde enerji üreten yapılardak­i, yani mitokondri­lerdeki, bölünmeler oluşan bozulmalar kanser, diyabet ve kalp hastalığı gibi bir dizi başka rahatsızlı­ğın perde arkasındak­i asıl sebeptir. Kaynak: National Institutes of Health
 ?? ??
 ?? ?? Dokuma tezgâhında akustik kumaşlar. Kaynak: Fink Lab MIT/ Elizabeth Meiklejohn RISD
Dokuma tezgâhında akustik kumaşlar. Kaynak: Fink Lab MIT/ Elizabeth Meiklejohn RISD
 ?? ?? Akustik fiber ve fiber preformlu kumaş. Kaynak: Fink Lab MIT/ Elizabeth Meiklejohn RISD/Greg
Akustik fiber ve fiber preformlu kumaş. Kaynak: Fink Lab MIT/ Elizabeth Meiklejohn RISD/Greg
 ?? ?? Dokuma tezgâhında akustik kumaşlar. Kaynak: Fink Lab MIT/ Elizabeth Meiklejohn RISD
Dokuma tezgâhında akustik kumaşlar. Kaynak: Fink Lab MIT/ Elizabeth Meiklejohn RISD

Newspapers in Turkish

Newspapers from Türkiye