Kaliforniya San Diego Üniversitesi‘ndeki mühendislerin liderliğinde bir ekip, nöronların elektriksel aktivitesini ince detaylarla kaydedebilen nanotelleri geliştirdi. Yeni nanotel teknolojisi, bir gün nörolojik hastalıklara yönelik ilaçların taranması için bir platform görevi görebilir ve araştırmacıların, tek hücrelerin büyük nöronal ağlarda nasıl iletişim kurduklarını daha iyi anlayabilmelerini sağlayabilir.
UC San Diego Jacobs Mühendislik Fakültesi Elektrik Mühendisliği Profesörü ve Ekibin Baş Araştırmacısı Shadi Dayeh, “Beynin işleyiş biçimini derinlemesine incelememizi sağlayacak araçlar geliştiriyoruz” dedi.
Sanford Burnham Medical Conrad Prebys Kimyasal Genom Merkezi‘ndeki Hücre Biyolojisi Direktörü Anne Bang, “Bu nanotel teknolojisinin, kök hücre kaynaklı beyin modellerinde nörolojik hastalıklar için en etkili ilaçları tanımlamada kullanılabileceğini düşünüyoruz”
Proje, Dayeh ve Bang laboratuvarları, UC San Diego’daki nörobiyologlar ve Singapur’daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi ve Sandia Ulusal Laboratuvarlarındaki araştırmacılar arasındaki ortak bir çabaydı. Araştırmacılar, 10 Nisan’daki çalışmalarını Nano Letters‘da yayınladılar.
Araştırmacılar, iyon kanalı akımlarını ve hücrenin içinde/dışında iyon konsantrasyonundaki farklılığa bağlı olarak, hücre içi potansiyelindeki değişiklikleri ölçüp, bir nöronun sağlığı, aktivitesi ve ilaçla ilgili ayrıntıları ortaya çıkarabilir. Son teknoloji ürünü ölçüm tekniği, küçük potansiyel değişikliklere duyarlıdır ve yüksek sinyal-ses oranlarına sahip okumalar sağlar.
Bununla birlikte, bu yöntem yıkıcıdır: Hücre zarı kopar ve sonunda hücreyi öldürür. Aynı zamanda sadece bir hücrenin analiz edilmesi ile de sınırlıdır. Bu da vücutta doğal olarak nasıl düzenlendiği gibi, büyük nöron ağlarını incelemek için pratik olmaz.
Dayeh, “Nöronal hücresel ağlardaki hızlı ve dakik potansiyel değişikliklerini ölçebilen bir nanoküre teknolojisinin geliştirilmesi, merkezi ve periferik sinir sistemi hastalıkları için ilaç geliştirmeyi hızlandırabilir.”
Dayeh Laboratuvarı’nda geliştirilen nanotel teknolojisi zararsızdır ve mevcut teknolojide elde edilen yüksek hassasiyet ve çözünürlük ile, birden fazla nörondaki potansiyel değişiklikleri aynı anda ölçebilir.
Cihaz, silika ile kaplanmış nikel elektrod kablolarıyla desenli, küçük bir çip üzerinde yoğun bir şekilde paketlenmiş bir dizi silikon nanowire’dan oluşur. Nanoteller hücrelere hasar vermeden, onları titreştirir ve büyüklüğü bir veya birkaç milivolt olan küçük potansiyel değişiklikleri ölçmek için yeterince hassastırlar.
Araştırmacılar nanotelleri, insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden türetilen nöronların elektriksel aktivitesini kaydetmek için kullandılar. Bu nöronlar, in vitro olarak nanotel dizisine bağlanırken, en az altı hafta boyunca çalışmaya devam etti.
Bu teknolojinin bir başka yenilikçi özelliği ise, her bir ayrı nanotelin ölçtüğü elektrik sinyalini izole edebilmesidir.
Araştırmacılar, silikon nanotellerin nikel elektrotlarına kaynaştırılması için yeni bir wafer bağlama yöntemi geliştirdiler. Onların yaklaşımı, iki katı maddenin (silikon ve başka bir metal) birbirini eritmeden, birbirine yapışan bir reaksiyon olan silisidasyon denilen işlemi kapsıyor olmasıdır. Bu işlem, nikel elektrotlarının sıvılaştırılmasını, yayılmasını ve bitişik elektrod kablolarını kısa devre yapmasını önler.
Dayeh : ”Silisidasyon, genellikle transistörlerle temas kurmak için kullanılır ve bu işlem yarıiletken cihaz imalatında kullanıldığından, bu nanotellerin versiyonlarını CMOS elektronikleriyle bütünleştirebiliriz.”
Dayeh, teknolojinin “brain-on-chip ilaç taraması” için daha fazla optimizasyona ihtiyacı olduğunu belirtti. Ekip, teknolojinin uygulanmasıyla, (araştırmacıların üstesinden gelmek zorunda olduğu önemli teknolojik ve biyolojik zorluklar nedeniyle, hala birkaç yıl uzak olan) kalp hastalıkları ve kalp-damar ilaç taramasını genişletmeye çalışmaktadır.
“Nihai hedefimiz, bu teknolojiyi beynin içine yerleştirebilecek bir cihaza çevirmektir.”
