İtalya’da ilk kez üç terapötik özelliği tek malzemede birleştiren organik nanotüpler geliştirildi

İtalya Teknoloji Enstitüsü (IIT-Istituto Italiano di Tecnologia) araştırma grubu, çoklu terapötik işlevi tek bir malzemede birleştiren organik nanotüpler geliştirdi. Gianni Ciofani liderliğindeki ekip, Pontedera (Pisa) merkezli çalışmalarında malzemeyi kızılötesi ışıkla ısıtabilecek, antioksidan maddeler salabilecek ve ultrasonla uyarıldığında hücreleri elektriksel olarak uyarabilecek nitelikte nanoyapılar üreterek nanomedicine alanında çok yönlü bir terapötik araç sunmayı hedefledi. Yapılan çalışmayla, piezoelektrik, fototermal ve antioksidan olmak üzere üç özellik ilk kez 500 nanometre boyutlarında tek bir organik yapıda birleştirildi.

Geliştirilen nanotüplerin hücre içi aktiviteyi düzenleyebilecek olması, onkoloji ve nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde yeni uygulama alanları açıyor. Çalışma, uluslararası dilen ACS Nano’da yayımlandı.

Polidopamin, nanotüplere dönüştürüldü

Yeni nanomallar dopamin moleküllerinden oluşan doğrusal bir zincir olan polidopaminin işlenmesiyle üretiliyor. Beyinde nörotransmitter olarak görev yapan dopamin tek başına küçük bir molekül olsa da, kendisiyle özdeş diğer moleküllerle birleştiğinde biyomedicine zaten kullanılan, insan dokularıyla uyumlu bir yapışkan polimer olan polidopamini oluşturuyor. Malzeme şimdiye kadar küresel nanopartikül biçiminde inceleniyordu; Ciofani ve grubunun çalışmasında ise nanotüplere dönüştürüldü. Boş yapıda olan bu nanotüpler, uzunluğu bir kum tanesinin yaklaşık otuzbirde biri, çapı ise bir insan saç teline göre yaklaşık 500 kez daha küçük boyutlarda.

Yapılan araştırmalar, yapının şeklinin değiştirilmesinin aynı zamanda özelliklerini de değiştirdiğini ortaya koydu. Yeni karakteristiklerden biri piezoelektrikliktir: Mekanik uyaran aldığında polidopamin elektrik akımı üretir. Araştırmacılar, nanotüplerde ultrason kullanarak titreşimler yarattı ve dokulara implant edilebilen, uzaktan kontrol edilebilen kabulsuz bir “elektrot” işlevi gören bir yapı oluşturdu. Bu özellik, aynı zamanda nano veya mikro boyutta bioelektronik cihazların üretiminde de kullanılabilecek.

Mekanik uyarana elektrik akımı üretme yeteneği, organik ve biyouyumlu bir nanomalzeme için çok nadir ve çok önemli bir özelliktir. Piezoelektrik, polidopaminde şimdiye kadar gözlenmemişti; tübsel yapı, aynı malzemeden üretilen küresel nanopartiküllerde bulunmayan bir özelliğin ortaya çıkmasını sağladı.

Gianni Ciofani, IIT’te baş araştırmacı

Nanopartiküllerin diğer iki özelliği, dopaminin polimerleşmiş hali olan polidopaminin karakteristiklerinden türeyiyor. Kızılötesi ışığı emip ısınabilen malzeme, ultrason uyaranıyla tek tek dopamin molekülleri salabiliyor. Bu iki etki sırasıyla, dokularda hücre içi kalsiyum salınımı gibi hücre içi aktiviteyi uyarmada (hücreler arası iletişimin temelinde yer alan bir süreç) ve hücreleri oksidatif stresten koruyup hayatta kalmalarını destekleyen antioksidan bir etki yaratmada kullanılabiliyor.

Üç işlev tek yapıda

Çalışmanın ilk yazarı Matteo Battaglini, nanotüplerin dopamini kontrollü biçimde saldiğini ve ultrason ile kızılötesi ışık gibi dış uyaranlara tepki vererek çoklu işlevleri tek bir platformda birleştirdiğini açıkladı.

Nanotüpler dopamini kontrollü biçimde salar ve ultrason ile kızılötesi ışık gibi dış uyaranlara tepki verir, çoklu işlevleri tek bir platformda birleştirir.

Matteo Battaglini, çalışmanın ilk yazarı

Çalışma, IIT’in “Sağlıklı Yaşam için Teknolojiler” (Technologies for Healthy Living) adlı ana programlarından biri çerçevesinde yürütüldü. İnsanların sağlıklı yaşamını hedefleyen, gerektirdiği terapötik müdahaleleri tam olarak aktive edip teslim edebilecek sağlık teknolojilerini araştıran ve geliştiren bu program kapsamında yürütülen çalışmaya, Pisa’daki Sant’Anna İleri Çalışmalar Okuluna kayıtlı IIT doktora öğrencileri ile Turin’deki İtalya Ulusal Metroloji Araştırmaları Enstitüsü (INRiM) araştırmacıları da katkı sağladı.

Çalışma, Pontedera’daki (Pisa) Smart Bio-Interfaces (Akıllı Biyo-Arayüzler) araştırma grubunun başındaki ve IIT’in Materials Interfaces (Malzeme Arayüzleri) Merkezi koordinatörü olan Ciofani koordineliğinde yürütüldü. Ciofani’nin araştırmaları, nanomedicine ve mikrofizyolojik sistemler için akıllı nanomalların yanı sıra, değişmiş yerçekimi koşullarında nanomedicine alanını kapsıyor.

Hücre deneyleri ve olası kullanımlar

Nanotüplerin biyouyumluluğunu değerlendirmek için araştırmacılar onları kültüre edilmiş hücreler üzerinde test etti. Nano yapıların hücrelerce normal aktiviteyi bozmadan içselleştirildiğini gözlemişler.

Polidopamin nanotüpler böylece yenileme tıbbında, nörouyarma (neurostimulation) ve bioelektronik cihazların geliştirilmesinde kullanılabilecek, ayrıca terapötik moleküllerin sinir sistemine kontrollü biçimde teslim edilmesine yönelik bir araç sağlayabilecek çoklu işlevli yeni bir nanomalzeme sınıfı oluşturuyor.