Mühendisler ilk defa, davranışlarını etkilemeden, atan kalp hücrelerini yakından izlemek için elektronik bir cihaz geliştirdiler. Japonya’daki Tokyo Üniversitesi, Tokyo Kadınlar Tıp Üniversitesi ve RIKEN arasında yapılan işbirliği sonucunda, doku ile doğrudan temasta olan yumuşak bir nanomesh sensörlü fonksiyonel bir kalp hücresi örneği üretildi. Bu cihaz diğer hücrelerin, organların ve ilaçların incelenmesine yardımcı olabilir. Aynı zamanda gelecekteki gömülü tıbbi cihazların önünü açmaktadır.
Her birimiz, çalışması her zaman mükemmel olmayan ve bazen ciddi sorunlar yaşatan bir kalp taşıyoruz. Bu yüzden kalp ile ilgili yapılan araştırmalar temel olarak önemlidir. Takao Someya’nın Tokyo Üniversitesi’ndeki grubundaki bir araştırmacı olan Sunghoon Lee; çalışan hücreleri izleyebilecek bir ultrasoft elektronik sensör fikrini ortaya attığında, ekibi kalp atışlarını, kardiyomiyositleri ve kalp hücrelerini incelemek için bu sensörü kullanma şansı buldu.
Lee: “Araştırmacılar kardiyomiyositlerin faaliyetlerini inceliyorlar, onları sert petri kapları üzerinde kültürlendirip katı sensör sondaları ekliyorlar. Bunlar, hücrelerin tipik ritmi gibi hareket etme eğilimini engeller, bu nedenle gözlemler gerçeği iyi yansıtmaz. Nanomesh sensörümüz, araştırmacılara, kardiyomiyositlerin ve diğer hücre kültürlerinin doğal yapılarına daha yakın bir şekilde incelemelerine olanak sağlıyor. Kilit nokta; sensörü, hücrelerin büyümesi için esnek bir substrat veya baz ile birlikte kullanmaktır.”
Bu araştırma için, Tokyo Kadınlar Tıp Üniversitesi’nden ortak çalışanlar, insan kök hücrelerinden elde edilen sağlıklı bir kardiyomiyosit kültürü sağladı. Kültürün tabanı, fibrin jel denilen çok yumuşak bir materyaldi. Lee, nanomesh sensörünü hücre kültürünün üzerine yerleştirdi ve karmaşık bir süreçte sıvı ortamın uygun zamanlarda çıkarılmasını ve eklenmesini sağladı. Bu, nanomesh sensörünü doğru şekilde yönlendirmek için önemliydi.
Lee: “İnce gözenekli sensörün mükemmel şekilde yerleştirilmesi oldukça zordur. Bu, ilk etapta onu üretmek için gereken hassas dokunuşu yansıtıyor. Tüm mesh sensörünün altında yatan poliüretan teller, insan saçından 10 kat daha incedir. Çok fazla pratik yaptık ve sonunda bazı çalışma prototipleri yapabildik.”
Sensörleri yapmak için, ilk önce “electrospinning”*adı verilen bir işlem uygulandı bu; çok ince poliüretan telleri, bazı yaygın 3D yazıcıların çalışma biçimine benzer şekilde düz bir tabaka halinde sıkar. Bu örümcek ağı benzeri tabaka daha sonra güçlendirmek için bir tür plastik olan parilen ile kaplanır. Ağın belirli bölümlerindeki parilen, bir şablonla birlikte kuru bir oyma baskı işlemiyle çıkarılır. Daha sonra sensör problarını ve iletişim tellerini yapmak için bu alanlara altın uygulanır. İlave parilen, sondaları izole eder, böylece sinyalleri birbirine karışmaz.
Üç sonda ile sensör üç noktada mevcut voltajı okur. Araştırmacılar çoklu problar sayesinde, hücrelerin atılmasıyla sonuçlanan ve tetikleyen sinyal yayılımını görebilirler. Bu sinyaller bir etki veya alan potansiyeli olarak bilinir ve ilaçların kalp üzerindeki etkisini değerlendirirken son derece önemlidir.
Lee: “İlaç numunelerinin hücre numunesine ulaşması gerekiyor ancak katı bir sensör, ya ilacı zayıf bir şekilde dağıtır ya da numuneye tamamen ulaşmasını önler. Bu yüzden nanomesh sensörünün gözenekli doğası kasıtlı ve tüm fikrin arkasındaki temel nedendi. İlaç araştırması, kalp monitörü ve hayvanlar üzerinde yapılan testleri azaltmak adına, sahada üretilen ve kullanılan bu cihazı görmek için sabırsızlanıyorum.”
*Electrospinning: Elektro-spin ya da elektro-eğirme metodu olarakta bilinir. Polimer çözeltilerinden nanolif üretmek için geliştirilmiş bir metottur. Yüksek voltaj ile oluşturulan elektrik alanı içerisinde polimer çözeltileri kontrollü bir şekilde nanolifler oluşturulmaktadır. Polimer esaslı nanoliflerin oluşturulması için uygulanmakta olan en kolay yöntemdir. Bu yöntem ile çeşitli morfolojik özelliklere sahip nanolifler oluşturulmaktadır.
