Kas kasılması, hormon salınımı, nöronal ateşleme, sindirim ve bağışıklık aktivasyonu gibi temel biyolojik faaliyetleri koordine etmek için hücrelerin birbirleriyle “konuşmasının” ana yollarından biri kalsiyum sinyalizasyonudur.
Nature Nanotechnology‘de yayınlanan yeni bir çalışmaya göre; Rice Üniversitesi bilim insanları, hücreler arası kalsiyum dalga sinyallerini tetiklemek için ışıkla aktive olan moleküler makineler kullanarak hücresel aktiviteyi kontrol etmek için güçlü ve yeni bir strateji ortaya koydu. Bu teknoloji; kalp sorunları, sindirim sorunları ve daha fazlası olan insanlar için gelişmiş tedavilere yol açabilir.
Kimya yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın başyazarı Jacob Beckham, “Bu noktaya kadar geliştirilen ilaçların çoğu, vücutta belirli bir sinyal kademesini harekete geçirmek için kimyasal bağlanma kuvvetleri kullanıyor” dedi. “Bu, kimyasal kuvvet yerine, aynı şeyi yapmak için mekanik kuvveti -bu durumda tek moleküllü nanomakineler tarafından indüklenen- kullanabileceğinizin ilk göstergesidir. Bu da ilaç tasarımında yepyeni bir bölüm açar.”
Bilim insanları, düz kas hücrelerinde bir kalsiyum sinyali tepkisini tetiklemek için görünür ışıkla uyarıldığında dönen küçük molekül bazlı aktüatörler kullandılar.
Vücudumuzdaki kritik kasların birçoğu üzerinde bilinçli kontrolümüz yoktur. Kalp istemsiz bir kastır ve damarlarımızı ve arterlerimizi kaplayan, kan basıncını ve dolaşımı kontrol eden düz kas dokusu vardır; düz kas akciğerlerimizi ve bağırsaklarımızı kaplar ve sindirim ile solunumda rol oynar. Bu süreçlere moleküler düzeyde mekanik bir uyarıcıyla müdahale edebilme yeteneği ezber bozabilir.
Rice’ın T. T. ve W. F. Chao Kimya Profesörü, Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Profesörü James Tour, “Beckham, örneğin kalp kasındaki hücrelerin sinyalizasyonunu kontrol edebileceğimizi gösterdi ki bu gerçekten ilginç” dedi.
Tour, “Kalpteki tek bir hücreyi uyarırsanız, sinyal komşu hücrelere yayılacaktır; bu da kalp fonksiyonu üzerinde hedefli, ayarlanabilir moleküler kontrole sahip olabileceğiniz ve muhtemelen aritmileri hafifletebileceğiniz anlamına gelir” dedi.
Çeyrek saniye uzunluğundaki ışık darbeleriyle aktive edilen moleküler makineler, bilim insanlarının kalp miyosit hücre kültüründeki kalsiyum sinyalizasyonunu kontrol etmelerini sağlayarak inaktif hücrelerin ateşlenmesine neden oldu.
Beckham, “Moleküller esasen nano-defibrilatör görevi görerek bu kalp kası hücrelerinin atmaya başlamasını sağladı” dedi.
Kas dokusunda hücreden hücreye iletişimi kontrol etme yeteneği, kalsiyum sinyalizasyon işlev bozukluğu ile karakterize edilen birçok hastalığın tedavisi için faydalı olabilir.
Tour, “Felçli olan pek çok insanın büyük sindirim sorunları var” dedi. “Herhangi bir kimyasal müdahale olmadan ilgili kasların ateşlenmesini sağlayarak bu sorunları hafifletebilirseniz bu büyük bir olay olur.”
Molekül boyutundaki cihazlar, canlı bir organizmada aynı kalsiyum bazlı hücresel sinyal mekanizmasını harekete geçirerek, bir tatlı su polipinde veya Hydra vulgaris‘te tüm vücudun kasılmasına neden oldu.
Tour, “Bu, moleküler bir makineyi alıp onu işleyen bir organizmanın tamamını kontrol etmek için kullanmanın ilk örneği” dedi.
Hücresel yanıt, mekanik uyarımın türüne ve yoğunluğuna bağlı olarak değişmiştir. Hızlı, tek yönlü dönen moleküler makineler hücreler arası kalsiyum dalga sinyallerini ortaya çıkarırken, daha yavaş hızlar ve çok yönlü dönüşler bunu sağlamamıştır.
Dahası, ışığın yoğunluğunun ayarlanması bilim insanlarının hücresel tepkinin gücünü kontrol etmelerine olanak sağladı.
Tour, “Bu, moleküler ölçekte mekanik bir eylemdir” dedi. “Bu moleküller saniyede 3 milyon devirle dönüyor ve ışık uyaranının süresini ve yoğunluğunu ayarlayabildiğimiz için, bu çok yaygın hücresel mekanizma üzerinde hassas bir uzamsal-zamansal kontrole sahibiz.”
Tour laboratuvarı daha önceki araştırmalarında ışıkla aktive olan moleküler makinelerin antibiyotiğe dirençli bulaşıcı bakterilere, kanser hücrelerine ve patojenik funguslara karşı kullanılabileceğini göstermiştir.
Beckham, “Bu çalışma, bu moleküler makinelerin yeteneklerini farklı bir yönde genişletiyor” dedi. “Laboratuvarımızın en sevdiğim yönü, yaratıcı olmak ve iddialı yeni yönlerde projeler yürütmek söz konusu olduğunda korkusuz olmamız.”
“Şu anda bu araştırmanın potansiyelini gerçekten hayata geçirmek için daha iyi bir penetrasyon derinliğine sahip ışıkla aktive edilen makineler geliştirmek için çalışıyoruz. Ayrıca biyolojik proseslerin moleküler ölçekte harekete geçirilmesini daha iyi anlamak istiyoruz.” [1]Light-activated molecular machines get cells ‘talking’[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Light-activated molecular machines get cells ‘talking’ |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
