Akıllı Telefonla Hastalıkları Teşhis Etmek

Münih’teki Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) isimli merkezde çalışmalarını sürdüren ekip tek bir molekülün emdiği ışığın düşük maliyetli bir optik düzenekle tespit edilebileceğini gösterdi. Yaptıkları ilk örnek ise tıbbi teşhisleri kolaylaştırır.

Biyobelirteçler, hastalığın teşhisinde ve seyrinin değerlendirilmesinde merkezi bir rol oynar. Şu anda kullanılan biyobelirteçler arasında genler, proteinler, hormonlar, lipitler ve diğer molekül sınıfları bulunmaktadır. Biyobelirteçler kanda, beyin omurilik sıvısında, idrarda ve çeşitli doku türlerinde bulunur. Ancak çoğunun ortak bir yanı vardır: Son derece düşük derişimlerde oluşurlar. Ve bu sebeple de tespitleri ve miktarlarının belirlenmesi teknik açıdan zordur.

Tespit etmek için kullanılan prosedürler, antikorlar veya kısa nükleik asit dizileri gibi moleküler belirteçler kullanır. Bir belirteç hedefini tanıdığında ve ona bağlandığında, kimyasal veya fiziksel reaksiyonlar flüoresans sinyallerine neden olur.

Bu tür yöntemler, ilgili biyobelirteci hastaların kanlarında yüksek bir derişimde bulunursa tanıyacak şekilde hassasiyetle çalışır. Ayrıca bu tür flüoresan bazlı testlerin pratikte kullanılabilmesinden önce, biyobelirteçlerin kendileri veya sinyalleri güçlendirilmelidir. Buradaki amaç ise, numuneleri analiz için uzak bir laboratuvara göndermek zorunda kalmadan tıbbi taramanın doğrudan hastalar üzerinde yapılabilmesini sağlamaktır.

Moleküler Antenler Flüoresans Sinyallerini Güçlendirir

Philip Tinnefeld, düşük derişimlerde bulunan biyobelirteçlerin seviyelerini belirlemek için bir strateji geliştirdi. DNA sondalarını küçük altın veya gümüş parçacıklarına bağlamayı başardı. Parçacık çiftleri (dimerler), flüoresans sinyallerini yükselten nano antenler olarak işlev görür. İşin püf noktası ise şu şekildedir. Nanopartiküller ile gelen ışık dalgaları arasındaki etkileşimler yerel elektromanyetik alanları yoğunlaştırır. Ve bu da flüoresansın genliğinde büyük bir artışa yol açar. Bu şekilde antibiyotik dirençli genler ve hatta virüsler içeren bakteriler özel olarak tespit edilir.

Çalışmanın başyazarı Kateryna Trofymchuk, “DNA tabanlı nano antenler son birkaç yıldır inceleniyor” dedi. “Ancak bu nano yapıların üretimi zorluklar getiriyor.” Philip Tinnefeld’in araştırma grubu şimdi nano antenlerinin bileşenlerini daha hassas bir şekilde yapılandırmayı ve sinyal güçlendirme sahasında yakalama parçacıkları görevi gören DNA moleküllerini konumlandırmayı başardı. Bu modifikasyonlar birlikte, flüoresans sinyalinin daha etkili bir şekilde güçlendirilmesini sağlar. Dahası, zeptolitre seviyesinde olan küçük bir hacimde, daha da fazla molekül yakalanır.

Yüksek dereceli konumlandırma kontrolü, her türden nano ölçekli nesnenin son derece büyük sayılarda bir araya getirilmesine kılavuzluk etmek için DNA’nın yapısal özelliklerinden yararlanan DNA nanoteknolojisi ile mümkün hale getirilmiştir. Trofymchuk, “Bir örnekte, temelde birkaç solüsyonu birlikte pipetlemekten oluşan bir prosedür kullanarak bu nano antenlerden milyarlarcasını aynı anda üretebiliriz.”.

Rutin Teşhisler Artık Akıllı Telefonlarda

“Gelecekte, teknolojimiz elektriğe veya laboratuvar ekipmanına erişimin kısıtlı olduğu alanlarda bile teşhis testleri için kullanılabilir. Testi izlemek için her gün kullandığınız USB güç kaynağıyla çalışan taşınır. Akıllı telefon tabanlı bir mikroskop kullanılarak kan serumunda DNA parçalarını dahi tespit edebiliriz.” diyor Viktorija Glembockyte. Yeni akıllı telefonların kameraları bu dönemde gerçekten de üst düzeydedir. Bunun dışında, gereken tek şey bir lazer ve bir lenstir. LMU’dan araştırmacılar, ilk örneklerini oluşturmak için bu temel tarifi kullandılar.

Bakterilerdeki antibiyotik direnç genlerine özgü DNA parçalarının bu kurulumla tespit edilebileceğini göstermekle devam ettiler. Ancak tahlil, virüsler gibi daha ilginç bir hedefi tespit etmek için kolayca değişir. Tinnefeld bu konuda oldukça iyimser. Ve şöyle ekliyor: “Geçtiğimiz yıl her zaman yeni ve yenilikçi tanı yöntemlerine ihtiyaç olduğunu gösterdi. Belki de teknolojimiz bir gün evde yapılan ucuz ve güvenli bir testinin gelişmesine katkıda bulunur.”