Yeni Keşfedilen Polimer Tehlikeli Böbrek Hastalığını Önceden Uyarıyor
Akut böbrek hasarının bir biyolojik göstergesi olan lipokalini etkili bir şekilde hapsedebilme yeteneğine sahip yeni bir polimer Varşova’daki Polonya Bilimler Akademisi’nin Fizikokimya Enstitüsü’nde hazırlandı.
Akut böbrek hasarının ilerlemiş safhaları, hasta sayısının yarısı kadar bir bölümü için ölümcül risk oluşturmaktadır. Daha başlangıç safhalarında iken bu hastalığı teşhis edebilmenin mümkün olduğunu belirten araştırmacılara göre, erken tanı sayesinde hastalara nispeten daha kolay bir tedavi uygulanacak ve de iyileşme şansı oldukça yükselecektir. Hayat kurtaran bu tanı tekniğinin kilit anahtarı ise Varşova’daki Polonya Bilimler Akademisi’nin Fizikokimya Enstitüsü’nde tasarlanmış olan yeni bir polimerdir.
Böbrek hastalığını erken safhalarda teşhis edebilmede kullanılacak olan ve olabildiğince düşük maliyetli bu tanı aracının kimyasal kalbi; Dr. Krzysztof Noworyta’nın gözetimindeki doktora öğrencisi Zofia Iskierko tarafından geliştirilen özel bir polimerdir. Özel olarak yalnızca bir madde için tasarımı gerçekleştirilen bu polimer, insan kanında bulunan bir protein olan lipokalin-2 (NGAL) maddesini etkili bir şekilde hapsedebilmesi için özenle düzenlenmiştir. Akut böbrek hasarı semptomlarının haricinde bu bileşiğin kandaki konsantrasyonundaki en ufak bir artış klinisyenler için oldukça önemli bir sinyal niteliğindedir. Denton’daki Kuzey Teksas Üniversitesi, Varşova Bilimler Akademisi’nin Fizik Enstitüsü ve Uluslararası Moleküler ve Hücre Biyolojisi Enstitüsü’nün iş birliği yapması sonucu Polonya Ulusal Bilim Merkezi’nin finans sağlaması sayesinde bu yeni polimerin uygulamaları üzerine çalışmalar başlatılmıştır.
Dr. Noworyta yaptıkları araştırmalardan kısaca şöyle bahsediyor: “Çeşitli maddelerin tespitinde kullanılan kemosensörler için polimerden yapılmış tanımlama filmlerinin oluşturulması üzerine bazı çalışmalarda bulunduk. Bu çalışmalar; vücut sıvısı içerisinde rastlanması ya da mevcut konsantrasyon değerlerinin değişmesine bağlı olarak hastanın sağlık durumu hakkında bilgi edinmemizi sağlayan önemli biyolojik bileşikleri ve çeşitli biyolojik göstergeleri kapsamaktadır. Son olarak geliştirdiğimiz bu polimer ise seçici olarak akut böbrek hasarının bir biyolojik göstergesi olan lipokalin-2 maddesini içerisine hapsedebilme yeteneğine sahiptir.”
Akut böbrek yetmezliği olarak da bilinen akut böbrek hasarı her 1000 kişiden üçünü etkisi altına almaktadır. Ancak hastane kayıtlarına göre durum çok daha vahimdir. Şöyle ki; hastanedeki kayıtlı hastaların % 40’lık kısmı bu hastalıkla karşı karşıyadır. Erken tanı sayesinde, akut böbrek hasarının olumsuz etkilerinin giderilmesi söz konusudur. Yorgunluk, kusma ya da bilinç kaybı gibi hastalığın oldukça belirgin semptomları, sadece hastalığın gelişimindeki ileri safhalarda olası komplikasyonlar hayati tehlike taşır duruma geldiğinde görünmekte ve artık hastalığın son safhasına gelindiğinde ise ölüm oranları % 50 değerine ulaşmaktadır. Bunun yanı sıra hastalığın son safhalarında meydana gelen böbrek hasarı kalıcı olabilmekte ve devamlı şekilde diyaliz yapılması ya da böbrek nakli gerektirmektedir.
ACS Applied Materials & Interfaces dergisinde yayımlanan yazının başyazarı olan doktora öğrencisi Zofia Iskierko şöyle açıklama yapıyor: “İlk olarak akut böbrek hasarı meydana gelmeye başladığında buna bağlı olarak hastanın kanındaki lipokalin konsantrasyonunda artış gözlenir. Bu nedenle yapısında sadece bu bileşiği alabilecek moleküler boşluklar olan, moleküllerinin şekil ve özelliklerine uyum sağlayabilecek bir polimer tasarladık. Tasarladığımız polimer tarafından tutulabilecek herhangi bir başka proteinin olması da olası bir durumdur ancak bu proteinler küçük, çok daha küçük boyutlardadır.”
Bu yeni polimer, moleküler baskılama ile hazırlanmıştır. Öncelikle lipokalin molekülleri, işlevsel olarak uygun şekilde seçilmiş sadece kendine özgü spesifik yerlerinde proteinler bulunan monomer bağlayıcılar tarafından çevrilirler. Sonrasında, fonksiyonel grup ile birlikte bileşik oluşturacak çapraz bağlı monomerler sunulur. Bu monomerler, polimerizasyona tabi tutularak elde edilen nihai yapının üzerinden lipokalin geçirilir. Nihayetinde, lipokalin molekülleri ile eşleşen boyutlarda moleküler boşlukları olan, hem bu moleküllerin kimyasal özellikleri açısından hem de boyut ve şekil olarak son derece uygun sabit bir polimer film elde edilir.
“Test çözeltisindeki lipokalin molekülleri bu şekilde oluşturulan bir polimer ile temas ettirildiğinde, lipokalin moleküllerinden bazılarının boşluklarda birikme şansı bulunmaktadır. Ancak proteinler büyük olduğundan polimer ağ örgüsü içerisinden göç etmeye oldukça isteksizdir. Dolayısıyla, lipokalin moleküllerinin daha fazla sayıdaki boşluklara daha iyi erişimini sağlamak için polimer yapısının yapay olarak çok aşırıya kaçmamak kaydıyla bir miktar gevşetilmiş olması gereklidir. Böylece hazırlanan polimer filmin daraltılarak yapısının çökmesi engellenecektir.” diyen Dr. Noworyta geliştirilen polimer ve lipokalin maddesi arasındaki etkileşimi anlatıyor.
IPC PAS araştırmacıları, organik-inorganik mikro gözenekli malzemelerden oluşan metal-organik bir çerçeve kullanarak (MOF) gereken mekanik mukavemetin korunumu süresince gerekli gözenekliliği elde etmeyi başardılar. Yapısal açıdan bakıldığında MOF malzemelerin örgü boyutları; kullanılan metal atomlarının tipine ve bağlayıcı ligantlara göre değişen üç boyutlu kafeslere benzemektedir. Bahsedilen bu yapı iskeleti ile ilgili olarak şu anki kullanılan tanınma filmi üretilmiştir. Lipokalin moleküllerinin immobilize edilmiş polimerden uzaklaştırma prosesinde, ortamda kalan gereğinden fazla MOF iskeletinin yıkımı da söz konusudur. Bu işlem, protein moleküllerinin mevcut boşluklara ulaşımını arttırmak ve kemosensör duyarlılığının daha iyi olmasını sağlamak için polimer yüzeyinin bir uzantısı içerisinde sonlanmaktadır.
Polimerin kütlesi lipokalin moleküllerini tutması sebebine bağlı olarak artmaktadır. Dolayısıyla polimer küçük bir piezoelektrik osilatör üzerine yerleştirilmiş olsaydı azaltmak zorunda kalacağı salınım frekansını ölçmek kolay olacaktı. Moleküler boşluklar içindeki lipokalin parçacıkların varlığını tespit için bir başka yöntem daha mevcuttur. Bu yöntem; alan etkili transistör bileşeni sebebiyle proseste bir akım değişimi söz konusu olacağından polimer filmdeki potansiyel değişimlerinin ölçülmesi esasına dayanır. Basit ve güvenilirliği sayesinde, bahsedilen bu yöntem özel olarak tasarlanmış ticari kemosensörlerin seri üretimi için uygun olacaktır.
Prof. Kutner ise yaptıkları çalışmaları şöyle yorumluyor: “Bizim araştırmamız laboratuvar ortamı için bir temel niteliğindedir. Ancak, hastalığın önlenmesi ve erken tedavisi için lipokalini hapseden bu polimerin kullanıldığı oldukça düşük maliyetli dedektörlerin seri üretimi için ise önümüzde daha uzun bir yol var.”
Geliştirilen yeni teknoloji sayesinde bu hastalığın teşhisinin konulması, günümüzdeki glukoz metreler ile kan şekeri testinin kolayca yapılabildiği gibi basit hale gelebilir. Bunun için, uygun bir şekilde seçilmiş polimer film ile oluşturulmuş oldukça basit ve taşınabilir bir kemosensörü bir akıllı telefona bağlamak yeterli olacaktır. Oluşturulan bu sisteme az miktardaki bir fizyolojik sıvının uygulanması sonrasında ise geriye sadece sonucu beklemek kalacaktır.
Kaynak : phys.org
Haberi Çeviren : Elif Tuna
Üniversite : Eskişehir Osmangazi Üniversitesi (Ankara Üniversitesi – Analitik Kimya – Doktora Öğrencisi)
Bölüm : Kimya Mühendisliği
Mail : eliftuna_89@hotmail.com
Not : Haberlerin dergi yönetimi ile çevirene haber verilmeksizin yayınlanması, kopyalanması, kendi web sitenize eklenmesi kesinlikle yasaktır. Bir yerde yayınlamayı düşünenler iletisim@inovatifkimyadergisi.com adresine ve de haberi çeviren arkadaşımıza mail atarak durumu belirtmeleri gerekmektedir.
