Son beş yılda, Chicago Üniversitesinden bilim insanı Bozhi Tian, biyolojiyik yapıların ışıkla nasıl kontrol edilebileceğini araştırıyor.
Uzun vadeli bir bilim hedefi olan araştırmada; vücut ile dış ortam arasında arayüz hizmeti sunan bir cihaz geliştiriliyor. Hücreler arası etkileşimin incelendiği araştırma sonunda; Beyin veya sinir sistemi rahatsızlıklarının tedavisi için hücreleri harekete geçiren, cerrahi implantlarda kullanılan çok yönlü, biyo-uyumlu bir materyalerden oluşan Silikon sinirler kullanılıyor.
Nature Biomedical Engineering’de yayınlanan bir makalede, Tian’nın ekibi, hücrelerdeki münferit organellerden dokulara ve tüm bacaklara kadar üç seviyede hücreleri kontrol etmek için silikon bazlı bir tasarım hazırladı.
Grup, her bir fare modelinde, ilk defa olmak üzere herhangi bir genetik modifikasyon olmaksızın davranışları kontrol etmek için ışık kullandı.
Kimya Bölümü’nde yardımcı doçent olan Tian, “Bunun bir harita görevi görmesini istiyoruz, hangi problemi araştırmak istediğinize karar verebilmeniz ve derhal ele alabilmek için doğru materyali ve yöntemi bulmanız mümkün” dedi.
Çalışmanın hedefi, bir hedef hücrenin ayrıca bu hücreden bir hayvana kadar uzanan bir ölçekte silikon cihazların üretilmesi için en iyi yöntemleri ortaya geliştirmek.
Araştırmacılar ışıkla aktive edildiğinde nöral sinyalleri modüle etmek için bu ince silikon dantel tabakasını geliştirdiler. Kaynak: Yuanwen Jiang ve Bozhi Tian
Bireysel beyin hücrelerini etkilemek için, silikon, nöronların etkileşimini teşvik eden küçük bir iyonik akım yayarak ışığa cevap vermek üzere üretilebilir. Ancak, uzuvları uyarmak için bilim adamları, sinyalleri daha uzaklara gidebilen ve daha güçlü olan bir sisteme ihtiyaç duyarlar, Örneğin ışığın kimyasal reaksiyonu tetiklediği altın kaplı bir silikon malzeme gibi.
Burada implantın mekanik özellikleri de önemlidir. Araştırmacılar, motor hareketini kontrol etmek için korteks gibi daha büyük bir beyin parçası ile çalışmayı amaçlıyor. Beyin yumuşak, bir yapıdadır. Bu yüzden benzer şekilde yumuşak ve esnek bir malzemeye ihtiyaç duyuluyor. Bu malzeme ancak yüzeye sıkıca yapışabilen, İnce ve dantelli silikon bir tasarıma sahip olmalı.
Ekip, bu yöntemi, genetik modifikasyon ya da herhangi bir güç kaynağına ihtiyaç duymadığı için destekliyor. Çünkü silikon, esasen küçük güneş panelleri haline getirilebiliyor. (Sistem beynin birçok bölgesini izleme veya etkileşimde bulunmak için güç kaynağına sahip olmak zorundadır. Hastaya implante edilen bir iletken bir telin enfeksiyon riski vardır.)
Çeşitli modelleri farelerde test eden araştırmacılar, beyin implantlarına ışık tutarak bacak hareketlerini uyarabileceklerini keşfettiler.
Yuanwen Jiang; “Biyolojiyle ilgili bazı özgün soruların cevapları yoktur, mesela bireysel mitokondrilerin biyoelektrik sinyaller aracılığıyla uzaktan iletişim kurup kurmadığı gibi.,
“Bu araç seti, sinir sistemi bozuklukları için potansiyel çözüm yollarını işaret etmenin yanı sıra, bu tür soruları ele alabilir.”
Kaynaklar:
- Jiang, Y., Li, X., Liu, B., Yi, J., Fang, Y., Shi, F., … Tian, B. (2018). Rational design of silicon structures for optically controlled multiscale biointerfaces. Nature Biomedical Engineering, 1. https://doi.org/10.1038/s41551-018-0230-1
Bu makaleyi 3 dakikada okuyabilirsiniz.
Moleküler Biyoloji ve Genetik
