Kendiliğinden Kurulan Yeni Protein Hidrojelleri Biyotıp için Birçok Uygulama Sahası İçeriyor Olabilir

Fotoğraf : Ters çevrilmiş bir deney tüpü doğadan elde edilen yeni yumuşak protein hidrojelini barındırmaktadır. İlaç bağlanma bölgeleri kırmızı renktedir ve uyarıcıya tepki veren kısım siyah olarak gösterilmektedir; bu protein çeşitli biyomedikal uygulamalar için kullanılabilir. Kaynak: NYU Tandon Mühendislik Okulu.

İlaçları güvenli ve doğru bir şekilde vermek, araştırmacılar ve elbette onlara ihtiyaç duyan insanlar için büyük öneme sahiptir. Hasar görmüş organların işlevlerini eski haline getirmek de öyle. NYU Tandon Mühendislik Fakültesi’nde kimya ve biyo-molekoloji mühendisliği profesörü olan Jin K. Montclare, bu hedeflerin ikisini de karşılamaya yönelik büyük bir adım attı.

Araştırmacının laboratuvarı yakın zaman önce, kendi kendini hidrojel haline getiren bir protein polimeri – daha doğrusu bir protein tarafından oluşturulmuş triblok kopolimeri – geliştirdi. Hidrojel emici doğal ya da sentetik polimer zincir ağıdır. Biomacromolecules’de yayınlanan bir makalede ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, bu madde, daha sonra diz gibi belli bir vücut kısmına ilaç iletmede ya da rejeneratif tıp veya insan hücre, doku ve organlarını geliştirmek veya yenilemek için hücreleri, biyokimyasalları ve mühendisliği bir araya getiren doku mühendisliğinde kullanılabilir.

Araştırmacı, çalışmanın en kayda değer parçası, “hidrojeller oluşturmaya çalışmaktır. Bu önemsiz bir başarı değildir”, diyor. Bilim insanları daha önce sentetik polimerlerden hidrojel üretmeyi başardılar. Halbuki Montclare Protein Mühendisliği ve Tasarımı Laboratuvarı’nda tasarlananlar doğadan türetilmiştir ve biyolojik olarak çözünebilmektedir. Tasarlanmış protein hidrojellerinin birçok potansiyel avantajı vardır: Mükemmel biyomateryallerdirler, çünkü şekil ve boyutları esnektirler. Montclare’nin hidrojelleri ise, küçük bir moleküle veya ilaca bağlanabilirler, böylece onu bozunmadan koruyabilirler.

Proteinleri yaptıktan sonra, zerdeçalda bulunan, şişliği azaltan, ağrıları ve iltihapları hafifletmede yardımcı olan ve aynı zamanda kanser türleriyle savaşmada yardımcı doğal bir kimyasal bileşik olan zerdeçal sarısını de ekledi. Malzemeler daha sonra, kendi kendilerine kurkumin hapseden bir jele dönüştü.

Montclare, “Bizimkiler, özellikle ilaçları sarmalayacak ve onları biyomedikal uygulamalarda kullanıma daha yakın hale getirecek şekilde tasarlanmış mekanik bütünlüğe sahip ilk protein hidrojelleridir” diyor. Yumuşak jeller oldukları için, potansiyel olarak enjekte edilebilirler ve ameliyatın yerini alabilecek ve ağrıyı hafifletebilecek iyileştirici maddeler veya hücrelerle uygulanabilirler. Araştırmacı, “Bu yöntem, tedavide devrim yaratabilir” diye ekliyor. “Uzun yıllar sonra gerçekleşebilir ama benim şu an amacım bu. Hidrojeller, hasarlı kıkırdağın onarılmasında özellikle faydalı olabilir; bu, yaklaşık 30 milyon Amerikalıyı etkileyen osteoartritin ağrılı bir etkisidir. Bu sayı 2040 yılına kadar iki katından fazla olacaktır.

Protein hidrojelleri için bir başka potansiyel kullanım alanı, genetik bozuklukların düzeltilmesinin bir yolu olarak, normal genlerin eksik veya kusurlu olanların yerine geçtiği gen terapisidir. Muhtemelen hidrojeller genleri ve nükleik asitleri yakalayabilir ve bunları genetik problemleri tedavi etmek için kullanabilir. Şu an kullandıkları malzemenin yüksüz olduğu ve gen terapisinin işleyebilmesi için negatif yüklü nükleik asit ile etkileşebilmesi için malzemenin pozitif yüklü olması gerektiğinden Montclare bunun daha fazla araştırmanın konusu olduğunu söylüyor.

Araştırmacının laboratuvarının bir sonraki aşamaları arasında, özel bazı hücre türleri geliştirip bunların belirli dokuları yetiştirmek için yapı iskelesi olarak kullanılıp kullanılamayacağını incelemek de bulunmaktadır. Amaç, kıkırdak gibi hedeflenen herhangi bir organ ile sıkılık veya mekanik bütünlük içinde uyumlu olabilecek jellerin yetiştirilmesidir.

Daha fazla bilgi için: Andrew J. Olsen et al. Protein Engineered Triblock Polymers Composed of Two SADs: Enhanced Mechanical Properties and Binding Abilities, Biomacromolecules (2018).

Kaynak : phys.org