Optogenetikte Çığır Açan Süperiletken Elektrotlar

Mühendislerin biyoteknolojinin en popüler dallarından olan optogenetik üzerine yaptıkları çalışmalar devam ediyor. Işık ile beyin hücrelerinin kontrol edilmesi ve cerrahi işlemler için son 12 yılda hayvan denekler üzerinde çeşitli çalışmalar yapılıyor. Yazımızda konuyla ilgili MIT‘nin yapmış olduğu çalışmayı inceleyeceğiz.

A- A+

27.02.2017 tarihli yazı 8949 kez okunmuştur.

Sinyal Elektrot Süperiletken

Optogenetik klasik elektrik sinyallerinin frekanslarından çok daha küçük frekans değerlerinde olan vücut elektrik işaretleri üzerinde çalışır. Bu şekilde araştırmacılar belirledikleri nöronları genetik olarak basit bir flash ışığıyla uyarabiliyorlar. Bunun sonucunda sinir ağının fonksiyonları tespit edilerek beyin hücrelerine göndereceğimiz çeşitli sinyallerin vücut üzerindeki etkilerini gözlemleyebiliriz. Örneğin bir fare beynine gönderilecek sinyallerle daha hızlı koşmasını, acıkmasını veya agresifleşmesini sağlayabiliriz.

İlginizi Çekebilir: Sinyal İşleme Nedir?

Şimdiye kadar optogenetik üzerine yapılan çalışmalar hayvanlarla sınırlıdır. Bunun nedeni araştırmalar sırasında kullanılan ekipmanlar uzun süreler boyunca denek üzerinden çıkarılmamasıdır. Öncelikle deneklerin beyin hücrelerinin genetiği değiştirilmelidir. Deneğin vücudunda enfeksiyon oluşturmayan ışığa duyarlı genler ince şırıngalarla deneğin beyin hücrelerine enjekte edilir. Bu tür bir genetik modifikasyonun nedeni nöronların ışığa maruz kaldığında iyonların hücreye girişinin sağlanması ve ardından nöronların protein ve diğer hücresel elementleri üretmesi. Nörona giren bir sodyum atomu nöronlar arasında zincirleme tetiklemeyi sağlar. Klor atomu ise tetiklemeyi kesici etkiye sahiptir.

Genetik modifikasyonu sürekli kılmak için araştırmacılar modifikasyona uğramış hücrelerin üstüne silisyum optik fiber veya led diyot yerleştirmişler. Ardından ışık kaynağıyla nöronları tetikleyerek denek üzerinde gözlem yapmışlar. Deneğin beynindeki aynı noktaya eş zamanlı olarak ışığa duyarlı genlerin enjekte edilmesi gerekmiş, ışık kaynağının yerleştirilmesi ve alıcı elektrotların yerleştirilmesi zorlu cerrahi işlemler gerektirmekteymiş. Ardından araştırma ekibi bu üç parçayı bir cihaza entegre etmişler. Özel tasarlanmış elektrotun özellikleri ise;

► Süperiletken olması,
► Oldukça ince polimer bileşikten yapılmış olması ve
► Sinirsel işaretleri alabiliyor ve gönderebiliyor olmasıdır

Özel tasarlanmış bu elektrot MIT'nin bugüne kadar geliştirdiği en ince süperiletken elektrottan 6 kat daha ince yapıdadır.

İlginizi Çekebilir: Hücrelerin Ağından Sinyal İzleme

Araştırmacılar polimerden iletken malzeme yaparken grafit ile polietilen katmanları parçalar halinde serpiştirmişler. Araştırma ekibinin başındaki isim Anikeeva bu katmanları kekin katmanlarına benzetiyor. “Grafiti yüksek vakum ve basınç ortamında eritilmiş malzemeye, keke şeker serpiştirilmesi gibi malzemeye serpiştirdik.” diyor. Araştırma ekibi özel tasarlanmış elektrotları farenin beyninde koşma nöronlarının bulunduğu bölge olan prefrontal kortekse yerleştirmişler. Yaptıkları testlerde farenin daha hızlı koştuğunu gözlemlemişler.

Dört yıl önce Alman ve İsviçreli araştırmacılar optogenetik alanındaki çalışmalarda kullanılmak üzere bir prob geliştirmiş ve çalışmalarını Lab on a Chip dergisinde yayınlamışlar. Fakat prob birçok optogenetik laboratuara uyum sağlamamış. Anikeeva “Çalışmaya bayıldık ve bizim çalışmamıza yol gösterici oldu. Fakat kullanılan malzemeler optogenetik için uygun değil ve kullanışsızdı.” diyor. Buna karşın MIT araştırma ekibinin geliştirdiği elektrotlar ısıya dayanıklı ve metrelerce uzunlukta fabrikalarda üretilerek birçok farklı alanda kullanılmak için oldukça uygun.

Anikeeva geçen sene haziran ayında katıldığı ve geliştirdikleri elektrotları tanıttığı kongreden sonra nöronlar üzerine çalışmalar yürüten birçok araştırmacının cihazı kullanmak için kendisine talepte bulunduğunu söylüyor. Anikeeva'nın planı elektrotları isteyen herkesin çalışmalarında özgürce kullanması.

Kaynak:

►spectrum.ieee.org