Kanserin daha doğru tespiti için yeni biyolojik parçalanabilir nanaprob

İçlerinde genç Türk Bilim İnsanlarının da bulunduğu Londra Imperial College'dan bir grup araştırmacı, ikinci harmonik nesil (second harmonic generation – SHG) olarak bilinen yeni bir tür parlak teknoloji ile ışık yayan, Imperial patentli ve biyoharmonoforlar olarak adlandırılan yeni nanoproblar geliştirdi.

Bu yeni biyolojik olarak parçalanabilir nanoprob ile parlak ve hassas bir şekilde tümörler aydınlatılabiliyor. Zebra balıklarında test edilen yeni nanoproblar, kanserin yerinin, şeklinin ve boyutunun daha doğru tespit etmeye yardımcı olabilir ve gelecekte tanı ve tedaviye yardımcı olabilir.

Kanser tespitinde biyouyumlu yeni teknoloji

Çoğu nanoprob, floresandır; mavi gibi belirli bir renkteki ışığı emer ve sonra yeşil gibi farklı bir renkteki ışığı geri yayarlar. Ancak insan vücudunun dokuları da ışık yayabildiği için nanoprob ışığını arka plan ışığından ayırmak zor olabilir ve yanlış yorumlamaya yol açabilir.

Londra Imperial College'dan bir grup araştırmacı, ikinci harmonik nesil (second harmonic generation – SHG) olarak bilinen yeni bir tür parlak teknoloji ile ışık yayan, Imperial patentli ve biyoharmonoforlar olarak adlandırılanyeni nanoproblar geliştirdi.

ACS Nano adlı dergide yayımlanan çalışmanın ilk yazarı olan Ali Yasin Sonay, Yeditepe Üniversitesi Biyoteknoloji bölümünden lisans ve yüksek lisans derecelerini aldı. Doktorasını İsviçre'nin Zürih şehrinde, derin doku optik görüntüleme modaliteleri için kendi kendine birleşen biyolojik olarak parçalanabilir nanopartiküller üzerinde çalışarak tamamladı. Akıllı fotoakustik kanser görüntüleme ajanları geliştirmek için 2018 yılında Memorial Sloan Kettering Cancer Center'da Dr. Grimm'in laboratuvarına katıldı.

Bu çalışmada Sine Yağanoğlu, Ayşen Ünsal adlı iki genç bilim insanımız daha yer almıştır.

Araştırmacılar, nanoprobları zebra balığı embriyolarında test ettikten sonra kanser hücrelerinin hedef almak için tasarlanan biyoharmonoforların tümörleri florasan nanoproblardan daha parlak bir şekilde işaret ettiğini buldular. Işıkları genel olarak ışığı yayan dokular tarafından kolayca fark edilebilir ve ayırt edilebilir. Ayrıca sağlıklı hücrelere değil tam olarak tümör hücrelerine yapışırlar, bu da tümör eşiğini tespit etmede onları daha hassas yapar.

Araştırma, Imperial Biyomühendislik Bölümünde Dr. Periklis Pantazis liderliğinde yürütülmektedir. Dr. Periklis Pantazis araştırmaları ile ilgili şunları söylüyor: “Biyoharmonoforlar, tümörü tespit etmek için şu anda mevcut olan yöntemlerden daha etkili bir yol olabilir. Klinik uygulamada kanser tanı ve tedavisi için harika olabilecek özellikleri eşsiz bir şekilde kombine ediyorlar ve daha fazla araştırma ile nihayetinde hasta sonuçlarını iyileştirebilir.”

Biyoharmonoforlar, vücutta bulunan proteinlerin aynı bileşenleri olan peptitlerden yapıldıkları için hem biyolojik olarak uyumludur hem de biyolojik olarak parçalanabilir. 48 saat içinde vücutta doğal olarak metabolize edilirler ve bu yüzden uzun süreli sağlık riskleri oluşturmaları mümkün değildir.

Çalışmanın detayları

• Hassas tümör tespiti için, araştırmacılar ilk olarak zebra balığı embriyolarına kanser hücreleri enjekte etti, ki bu da tümör hücrelerinin kontrolsüzce çoğalmasına izin verir.
• 24 saat sonra da spesifik olarak tümör hücrelerinde bulunan p32 peptit moleküllerini hedef almak üzere tasarlanmış biyoharmonoforları enfekte ettiler.
• Daha sonra tasarlanmış biyoharmonoforların tümörleri nasıl tespit ettiklerini incelemek için Işık Mikroskobu ile Görüntüleme tekniği kullandılar ve biyoharmonoforların olağanüstü tespit hassasiyetine sahip olduklarını buldular. Bu onların sağlıklı hücrelerine değil belli tümör hücrelerine yapıştıkları anlamına gelir.

(a) Biyoharmonoforlar ile in vivo olarak spesifik bir şekilde sadece kanser hücreleri  hedeflenebilir.

(b) 5 dpf yaşlı zebra balığı embriyosundaki kanser modelinin (solda) birleşik görüntüsü. Tümör bölgelerinden birinin yakın plan görüntüsü (sağda), eGFP etiketli vaskülatüre (yeşil) bitişik DsRed etiketli tümörleri (macenta) ortaya çıkarmaktadır.

(c) C1−4 olarak etiketlenen kırmızı dikdörtgenler, daha ayrıntılı olarak gösterilen ilgi alanlarını belirtir. Katı tümörlerde (c1−4) tek bir kanser hücresine (macenta) kadar etiketleyen biyoharmonofor (beyaz) detayları ile birlikte etiketlenmiş kanser hücrelerinin görüntülerini gösterir. 

Biyoharmonoforların diğer yöntemlerden farkı ne?

Floresan-etkinlenmiş nanoproblar spesifik olarak daha az yapışma eğilimindedirler, bu da onların sağlıklı hücreleri tümör hücreleri olarak ya da tam tersi olacak şekilde yanlış gösterebileceği anlamına gelir.

Ayrıca araştırmacılar, floresanın aksine, biyoharmonoforların zamanla “ağarmadıklarını” buldu. Bu da onların zamanla ışık yayma yeteneklerini kaybetmedikleri anlamına gelir. Ek olarak, biyoharmonoforlardan yayılan ışık, floresan nanoproblar ile olanlar gibi doyurmadı. Yani daha fazla ışık ile aydınlatıldıklarında daha parlak oldular. Bu şekilde tümörler daha da net hale geldi.

Dr. Pantazis “Tümör nanoproblarının, kanser tanısı için spesifik olarak ve net bir şekilde hücreleri işaret etmesi çok önemlidir. Bizim çalışmamız, çok parlak biyoharmonoforların gelecek yıllarda kanser tanısında ve tedavilerin hedeflenmesinde güçlü bir araç olabileceğini gösteriyor.” dedi.

- İlgili konu: Kanser tanısı nasıl konur?

Biyoharmonoforların üretimi ucuz, tekrar üretilebilir, ölçeklenebilirdir ve oda sıcaklığında yaklaşık 2 gün kalır. Şu anda bulguların, zebra balıklarının ötesinde ne kadar iyi çevrildiğini tespit etmek için memelilerde test etmeye ihtiyaçları var.

Biyoharmonoforların kanser tedavisinde kullanımı

Araştırmacılar ayrıca biyoharmonoforların, kanser ameliyatı sırasında cerrahi müdahalelere rehber olmak için nasıl kullanılabileceklerini ve tümör hücrelerini yüksek hassasiyetle öldürme potansiyeline sahip olmak için nasıl farklı frekanslarda ışık üretebileceklerini araştırıyor.