Hücreleri 4D'de Görmek

Cenevre Üniversitesi ve BIOnanophotonic Systems Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, hücre salgılarının hem uzayda hem de zamanda 4D görünümünü sunan devrim niteliğinde bir optik görüntüleme tekniği geliştirdiler. Nano yapılandırılmış altın kaplamalı bir çip kullanarak ve plazmonik rezonansı uygulayarak, bilim adamları salgıların üretildiği sırada haritalanmasını sağlar ve aynı zamanda hücre şekli ve hareketini gözlemleyebilirler. Bu yöntem, ilaç geliştirme ve temel araştırmalar için önemli bir potansiyele sahiptir ve hücrelerin işlevi ve iletişimi hakkında ayrıntılı bir görünüm sunar. Teknik, hücrelerin yüksek verimlilikle bireysel olarak taranmasına olanak tanır ve bağışıklık yanıtları ve kanser hücreleri gibi biyolojik süreçlerin heterojenliğini yakalar.

Araştırmacılar, kanser tedavisi, aşılar ve diğer terapilerin geliştirilmesine yardımcı olabilecek hücre salgılarının, proteinler ve antikorlar dahil gerçek zamanlı üretimini gözlemlemek için nanoplazmonik bir yaklaşım kullanmışlardır.

Cenevre Üniversitesi ve BIOnanophotonic Systems Laboratuvarı'ndan yeni bir optik görüntüleme yöntemi, hücre salgılarına dört boyutlu bir görünüm sunarak, hücre işlevi ve iletişimi üzerinde benzeri görülmemiş bir ayrıntı sağlar. Teknik, ilaç geliştirme ve temel araştırmalar için önemli potansiyele sahiptir ve bireysel hücre taraması da sunar.

Hücre salgıları, proteinler, antikorlar ve nörotransmitterler gibi, bağışıklık yanıtı, metabolizma ve hücreler arası iletişimde temel bir rol oynar. Hastalık tedavilerini geliştirmek için hücre salgılarını anlamak önemlidir, ancak mevcut yöntemler sadece salgıların miktarını bildirebilir ve ne zaman ve nerede üretildikleri konusunda ayrıntı sunamaz.

Şimdi, Mühendislik Fakültesi'ndeki BIOnanophotonic Systems Laboratuvarı (BIOS) ve Cenevre Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, hem uzayda hem de zamanda hücre salgılarına dört boyutlu bir görünüm sunan yenilikçi bir optik görüntüleme yaklaşımı geliştirdiler. Hücreleri, nano yapılandırılmış altın kaplamalı bir çipteki mikroskobik kuyucuklara yerleştirerek ve çipin yüzeyinde plazmonik rezonans adı verilen bir olayı tetikleyerek, salgıların üretildiği anda haritalanmasını sağlarlar ve aynı zamanda hücre şekli ve hareketini gözlemleyebilirler.

Bu yöntem, hücrelerin işleyişi ve iletişimi hakkında daha önce hiç görülmemiş ayrıntılı bir görünüm sağladığı için, bilim insanları, Nature Biomedical Engineering dergisinde 3 Nisan'da yayımlanan yöntemlerinin ilaç geliştirme ve temel araştırmalar için "muazzam" bir potansiyele sahip olduğuna inanmaktadır.

"Çalışmamızın önemli bir yönü, hücreleri yüksek verimlilikle bireysel olarak tarayabilme imkanı sunmasıdır. Birçok hücrenin ortalama yanıtının kolektif ölçümleri, heterojenliklerini yansıtmaz ve biyolojide her şey heterojendir, bağışıklık yanıtlarından kanser hücrelerine kadar. İşte bu yüzden kanseri tedavi etmek zordur." diyor BIOS başkanı Hatice Altuğ.

Bir milyon algılama elemanı

Bilim adamlarının yönteminin merkezinde, milyonlarca minik delik ve yüzlerce bireysel hücre için oda bulunan 1 cm2'lik nanoplazmonik bir çip bulunmaktadır. Çip, ince bir polimer örgü ile kaplanmış nano yapılandırılmış bir altın tabakadan yapılmıştır. Her oda, hücrelerin görüntüleme sırasında canlı ve sağlıklı kalması için hücre ortamı ile doldurulur.

"Hücre salgıları, hücrenin sözcüklerine benzer: Zaman ve mekânda dinamik olarak yayılır ve diğer hücrelerle bağlantı kurar. Teknolojimiz, bu 'sözcüklerin' nerede ve ne kadar uzağa gittiği konusunda önemli heterojenlik yakalar." diyor BIOS doktora öğrencisi ve ilk yazar Saeid Ansaryan.

Nanoplazmonik kısım, altının elektronlarını titreşime geçiren bir ışık hüzmesi sayesinde gerçekleşir. Nano yapı, sadece belirli dalga boylarının nüfuz etmesine izin verir. Çipin yüzeyinde - protein salgısı gibi - ışığın geçişini değiştiren bir şey olduğunda, spektrum kayar. Bir CMOS (Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken) görüntü sensörü ve bir LED, bu kaymayı CMOS piksellerindeki yoğunluk değişikliklerine dönüştürür.

"Yöntemimizin güzelliği, yüzeyin tamamına yayılmış olan nano deliklerin her noktayı bir algılama elemanına dönüştürmesidir. Bu, hücre konumundan bağımsız olarak salınan proteinlerin mekansal desenlerini gözlemlememize izin verir." diyor Ansaryan.

Yöntem, bilim adamlarına iki temel hücresel süreç olan hücre bölünmesi ve hücre ölümü üzerine görünmezlik sağlamış ve hassas antikor salgılayan insan donör B hücrelerini incelemelerine olanak tanımıştır.

"Apoptoz ve nekroptoz adı verilen iki hücre ölüm şeklinde hücre içeriğinin salınmasını gördük. İkincisinde, içerik asimetrik bir patlama ile salınır ve bu, bir görüntü imzası veya parmak izi oluşturur. Bu, daha önce tek hücre düzeyinde hiç gösterilmemiştir." diyor Altuğ.

Hücre uygunluğu için tarama

Yöntem, hücreleri besleyici bir hücre ortamında yıkamakta ve diğer görüntüleme teknolojileri tarafından kullanılan toksik floresan etiketlere gerek duymamaktadır; bu nedenle, incelenen hücreler kolayca geri kazanılabilir. Bu, yöntemin ilaç, aşı ve diğer tedavilerin geliştirilmesinde kullanılma potansiyelini büyük ölçüde artırır; örneğin, araştırmacılara hücrelerin farklı terapilere bireysel düzeyde nasıl yanıt verdiğini anlamalarına yardımcı olmak için.

"Hücre tarafından üretilen salgı miktarı ve deseninin, hücrenin genel etkinliğini belirlemek için bir gösterge olduğu düşünüldüğünde, hasta bağışıklık hücrelerini tarayarak en etkili olanları belirlemeye ve daha sonra bu hücrelerin bir kolonisini oluşturmaya yönelik immünoterapi uygulamalarını da hayal edebiliriz." diyor Ansaryan.

Ayrıca, bu yöntem, hastalık tedavisi için önemli hedefler olan hücre salgılarının daha önce ulaşılamayan derinlemesine bir anlayış sağlayarak, kanser tedavileri, otoimmün hastalıklar, nörodejeneratif bozukluklar ve enfeksiyonlar gibi çeşitli hastalıklara karşı geliştirilen ilaç ve terapilerin etkinliğini ve spesifisitesini artırabilir. Bu nedenle, nanoplazmonik temelli hücre gözlem yöntemi, gelecekteki hastalık tedavi stratejilerinde ve ilaç keşif süreçlerinde önemli bir rol oynayabilir.

Hücreler arası iletişimin daha iyi anlaşılması, hücrelerin stres ve hastalık durumlarında nasıl tepki verdiğini ve nasıl etkileşime girdiğini öğrenmemize yardımcı olabilir. Bu bilgi, özellikle bireyselleştirilmiş tıp alanında, hastalar için daha etkili ve kişiselleştirilmiş tedavi seçeneklerinin geliştirilmesine yol açabilir.

Sonuç olarak, nanoplazmonik temelli optik görüntüleme yöntemi, hücre salgıları ve hücreler arası iletişim üzerine daha önce elde edilemeyen bilgiler sunarak, hastalık tedavisi ve ilaç keşfi alanında büyük bir adım atmayı vaat etmektedir. Bu, ilaç geliştirme sürecini hızlandırabilir ve daha etkili tedavilere yol açarak, insan sağlığı üzerinde büyük ve olumlu etkiler yaratma potansiyeline sahiptir.^[1]