pH Değişikliklerini Gösteren Yeni Biyosensör: Zimonik Asit

Tümörler, iltihaplanmalar ve dolaşım bozuklukları vücudun asit-baz dengesinde bölgesel
olarak değişikliklere/bozulmalara neden olabilir. pH değerindeki değişimlerden
faydalanılarak, örneğin kanser tedavilerinin başarıları doğrulanabilir. Ancak bugüne kadar
bu değişikliği görüntüleyebilecek herhangi bir yöntem bulunmamaktaydı. Münih Teknik
Üniversitesi’ nden (TUM) bu konu üzerinde çalışan bir ekip, manyetik rezonans görüntüleme
(MRI) yoluyla görünür pH değerlerini non-invaziv, ışınımsız bir şekilde gösteren bir pH
sensörü geliştirdi. Dört yıl önce Münih Teknik Üniversitesi’ nden fizikçi Dr. Franz Schilling,
tümör hücreleriyle yapılan bir manyetik rezonans deneyi sırasında pH değişimlerine karşı
oldukça duyarlı bir molekülün sinyallerini bulmuştur. Sonraki araştırmalarda zimonik asit
olarak tanımlanan molekül, tıbbi görüntülemenin geleceğinde önemli bir rol oynayacağı
düşünülmektedir. pH değerleri için bir biyosensör olarak, geçmişte olanaksız olan vücuda iç
görü sağlayabilir. Franz Schilling, ‘Uygun bir pH görüntüleme yöntemi ile dokulardaki
anormal değişiklikleri ve özellikle tümörlerin metabolik süreçlerini görselleştirmenin
mümkün olacağı’ şeklinde bir açıklama yapmıştır. Tümörleri çevreleyen alanlar ve
iltihaplanan bölgeler, çevrelerindeki sağlıklı dokulara göre daha az asidiktir; bu durum
tümörlerin agresifliğine bağlıdır. Schiling bir diğer açıklamasında ‘Başarıyla tedavi edilen
bir tümör, küçülmeye başlamadan önce bile, metabolizması dolayısıyla çevredeki pH
değerinde değişim gözlenebilir. Uygun bir pH görüntüleme yöntemi ile daha doğru bir
aşamada, doğru yaklaşımın seçilip seçilmediğini gösterecektir.’ demiştir. Schilling şu anda
Münih Teknik Üniversitesi’ nde Klinik ve Poliklinik Nükleer Tıp için Klinik Öncesi
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.
Görüntüleme ve Tıbbi Fizik çalışma grubunun direktörlüğünü yapıyor. Geçmiş yıllarda Fizik,
Kimya ve Tıp bölümlerinden meslektaşları ile biyosensör olarak zimonik asit araştırması
yapmaya başlamışlardır. Nature Communications dergisinde ekip, küçük hayvanların
cesetlerinde pH değerlerinin güvenilir şekilde temsil etmek için nasıl kullanılabileceğini
anlatılmaktadır.
Zaman kısıtlamaları ile MRI-Görüntüleme
Zimonik asit kullanılarak pH değerlerini görünür hale getirmek için molekül vücuda enjekte
edilir ve daha sonra nesne dokusundan bir manyetik rezonans görüntüleme (MRI)
incelemesi yapılır. Çok basit bir şekilde: Güçlü bir manyetik alanda, radyo dalgalar zimonik
asitin salınımda olan nükleer spinlerini uyarır. Çekirdeklerin reaksiyonları daha sonra
kaydedilir. Bu veri, çekirdeğin moleküler çevrenin kimyasal özellikleri hakkında bilgi veren
frekans spektrumlarını hesaplamak için kullanılır. Sonuçta, dokudaki herhangi bir tedavi
yerindeki pH değeri, zimonik asitteki pH’ a bağlı moleküler değişikliklere dayanarak temsil
edilebilir. MRI görüntülerinde zimonik asidin görünebilmesi için, zimonik asidin karbon 13
ile işaretlenmesi gerekmektedir. Böylece moleküllerin ‘normal’ karbon 12 atomları yerine
karbon atomları (13C) içerdiği anlamına gelmektedir. Ancak, bu şekilde işaretlenmiş
zimonik asit ölçülebilir değildir; MRI sinyali çok zayıftır. Araştırmanın fizikçi ve ilk yazarı
Stephan Düwel, ‘Bu nedenle nispeten yeni bir yöntem olan hiperpolarizasyon kullanıyoruz.’
diye açıklıyor. ‘Elektron polarizasyonunu çok düşük sıcaklıklarda mikrodalga fırını
kullanarak 13C atom çekirdeğine aktarmak için özel bir cihaz kullanıyoruz, sonuçta 100.000
kat daha güçlü bir MRI sinyali elde ediliyor.’ demiştir. Daha sonra sıcak bir sıvı, zimonik
asidi oda sıcaklığına hızla geri döndürmek için kullanılır.
Bundan sonra bilim adamlarının çok çabuk davranmaları gerekmektedir. Biyosensör
organizmaya intravenöz olarak enjekte edilir, daha sonra MRI taraması derhal yapılmalıdır:
Hiperpolarizasyondan elde edilen sinyal artırma etkisinin tekrar aşınması yalnızca 60 saniye
alır. Düwel, ‘Şu anda bu kısa zaman dilimini genişletmek için çalışıyoruz.’ diyor. Biyokimyacı
Christian Hundshammer, ‘Bir taraftan zimonik asidin MRI özelliklerini moleküle uygun
modifikasyonlar ile iyileştirmeye çalışıyoruz; diğer bir yandan pH’ a duyarlı molekülleri
arıyoruz.’ diye açıklamalarda bulunuyor.
Diğer yaklaşımlara kıyasla avantajları
Franz Schilling ve ekibi, yöntemlerinin organizmada tıbben ilgili pH değer değişikliklerini
temsil edecek kadar hassas olduğunu göstermeyi başardı. Zimonik asit kullanılarak pH
değerini hücre zarı dışına spesifik olarak araştırmak mümkündür: Diğer biyolojik sensörlerle
ölçülen değişikliklerin hücrenin içinde veya dışında (hücre içi veya hücre dışı) gerçekleşip
gerçekleşmediği çoğunlukla net değildir. Bu önemli bir bilgidir çünkü metabolizma
değişiklikleri hücre dışı değer üzerinde çok daha büyük bir etkiye sahiptir, ancak hücre içi
değer genellikle kararlıdır. Dokunun şeffaflığı düşük olması nedeniyle vücuda yüzeysel
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.
nüfuz etme ile sınırlı optik yöntemlerin aksine, MRI için penetrasyon derinliğinde herhangi
bir sınırlama yoktur. Ayrıca, zimonik asidin küçük hayvanlarla kullanılan konsantrasyonlarda
zehirli olmadığı ve vücutta bulunan metabolit piruvik asitin bir yan ürünü olarak düşük
konsantrasyonlarda oluşturulduğu da gösterilmiştir. ‘Zymonik asidin hasta uygulamaları için
son derece umut vaat eden bir biyo-sensör olduğuna inanıyoruz.’ diyor Franz Schilling.
Kaynak : phys.org
Yorumlar
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.