Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Biyosensör piyasası hızla gelişmekte ve bu cihazlar üzerine birçok araştırma yapılmakta. Biyosensör araştırmaları birkaç on yıl önce başlamış olsa da son yıllarda nanoteknoloji araştırmalarının biyosensör teknolojisini beslemesiyle bu alanda katma değeri yüksek çalışmalar yapılmaya başlandı. Son günlerde okuduğum iki çalışmadan bahsetmek isterim sizlere.

E.Coli tayininde moleküler baskılanmış biyosensörler

Patojen bakterilerin erken saptanması klinik açıdan büyük öneme sahiptir. Genel olarak patojen bakterilerin tayini için bakterilerin kültür ortamında çoğaltılması ve bir mikrobiyolog tarafından incelenerek, mikroskop altında ya da PCR ile tanımlaması ve sayımı gerekir. Bu yöntemlere ek olarak antikor temelli yöntemler de bakteri tayininde kullanılır. Her üç yöntem de belirleyici kesin sonuçlar verir. Antikor temelli yöntemlerin maliyet ve raf ömrü sorunları vardır. Geleneksel olarak kültür ve koloni sayımına dayalı yöntemlerde, çalışılan patojene göre sonuç almak bir haftaya kadar sürebilir. PCR analizleri daha kısa sürse de hazırlık basamaklarının uzunluğu ve olası genetik kontaminasyonu engellenmesi için titiz çalışılma zorunluluğu sebebi ile sonuç alınması saatler alabilir. Ancak, üreme hızları ve patojenik etkileri düşünüldüğünde bakteri tespiti için hızlı yöntemler kullanmak önemlidir. Burada biyosensör temelli analiz çalışmaları alternatif bir yöntem olarak giderek önem kazanmaktadır. Örnek olarak, yapılan bir çalışmada bakterilerin hızlı analizine yönelik sentetik reseptör üretimine dayanan ve hedef bakterinin kalıp olarak kullanıldığı ve bu kalıbın çevresinde kendiliğinden düzenlenme ile tanıyıcı moleküler çevrenin oluşturulduğu bir yöntem kullanılmıştır. Burada Escherichia coli (E. coli), gerek su kaynaklarında gerek gıda ürünlerinin analizinde ayrıca klinik değeri sebebi ile yaygın incelenen bir patojen olması ve pek çok salgınla ilişkilendirilmesi açısından model organizma olarak seçilmiştir. Bu organizma ile kirlenme genel olarak dışkı kontaminasyonunun göstergesi olarak görülür. Su kalitesinin düşmesine ve gıda ürünlerinin bozulmasına ve idrar yolu enfeksiyonu gibi bazı klinik sağlık sorunlarına da neden olmaktadır. Ayrıca sıklıkla ölümle sonuçlanan salgınlara sebep olmaktadır. Yapılan çalışmada antikor gibi pahalı malzemeler kullanılmadan hızlı ve güvenilir çözüm sunabilecek aminoasit temelli biyomimetik tanıma yaklaşımı kullanılmıştır. Seçiciliğinin belirlenmesi için de morfolojik benzerlikleri ve gram pozitif özelliklerindeki benzerlikleri nedeni ile sırasıyla Bacillus ve Stapphylacoccus türleri kullanılmıştır. Hem çözelti ortamında hem de elma suyu gibi doğal ortamlarda yapılan çalışmalarda hem optik temelli Yüzey Plazmon Rezonans (SPR) hem de kütle duyarlı bir yöntem olan Kuartz Kristal Mikroterazi (QCM) temelli biyomimetik sensörler ile 2 dakikanın altındaki cevap süreleri ile hızlı ve seçici bir patojen tayin yöntemi alternatifi sunulmuştur. Konuyu daha detaylı bir şekilde incelemek isterseniz, ileri okuma bölümünden çalışmanın¹ bilgilerine ulaşabilirsiniz.

Kardiyak troponin I teşhisinde yeni nesil bir biyosensör

Epidemiyolojik açıdan bakıldığında, kardiyovasküler hastalıklar dünyada birçok kişinin müzdarip olduğu rahatsızlıklardan. Miyokard defektlerinin erken ve doğru tedavisi, özellikle akut miyokardinfarktüsü (AMI) çeken hastalarda kalbin geri dönüşümsüz hasarını önleme ve sağkalım oranını artırmak açısından önemli. Ani göğüs ağrısı, nefes darlığı ve bulantı gibi bazı klasik AMI belirtileri olmasına rağmen, AMI vakalarının önemli bir kısmında dikkat çeken belirtiler görülmez ve sessizdirler! Bu nedenle, sürekliliği sırasında veya miyokard hasarından hemen sonra dolaşıma salınan kardiyak biyobelirteçlerin ölçümü, hasarın doğru bir şekilde teşhis edilmesini ve uygun bir hasta bakım stratejisinin tasarlanmasını sağlar.

Kardiyak troponin I sadece kalp dokusunda bulunur ve bu nedenle bu biyobelirteç miyokard hasarın teşhisinde aranılan belirteçlerden biri olarak kabul edilir. Bu biyobelirtecin tespitinde birçok analitik cihaz kullanılabilir. Laboratuvar test yöntemleri doğru ve güvenilirdir ancak zaman alıcı, iyi eğitimli personele ihtiyaç duyarlar ve hasta başı test amaçlı kullanılamazlar. Hasta başı testler ele alındığında, elektrokimyasal immünosensörler, hızlı tepki vermeleri ve taşınabilirliği kolaylaştıran minyatürleştirme kolaylıkları nedeniyle uygulanabilir bir alternatif sunarlar.

Nanoyapılı malzemeler elektrokimyasal immünosensörlerin duyarlılığını ve tekrar üretilebilirliğini artırmak için belirgin faydalar sağlamıştır. Son yıllarda, karbon nanotüpler, üstün elektrokimyasal özelliklerinden dolayı sensör teknolojisinde kendine önemli bir yer bulmuştur. Yapılan çalışmada kardiyak troponin I’i analiz etmek için yüzeylerinde oldukça erişilebilir nanotüplere sahip nanokompozit nanofiberlere dayanan yeni bir elektrokimyasal immünosensör geliştirilmiş. Yeni geliştirilen immünosensörler, normal kişinin klinik sınır çizgisinden miyokard enfarktüslü hastalarda bulunan konsantrasyona kadar geniş bir aralıkta kardiyak troponin I tespiti için oldukça etkili olmuş. Araştırmacılar geliştirilen bu biyosensörün nispeten düşük tespit limiti, geniş tespit aralığı, güvenirliliği, tekrarlanabilirliği ve kararlılığı göz önüne alındığında gelecekte hasta başı teşhis için kullanılabilecek umut verici bir aday olabileceğini savunmaktalar. Daha ayrıntılı bir şekilde konuyu incelemek isterseniz, ileri okuma bölümünden çalışmaya² ulaşabilirsiniz. 

İleri Okuma

¹Yılmaz et al. (2015) Whole cell imprinting based Escherichia coli sensors: A study for SPR and QCM, Sensors and Actuators B: Chemical, 209; 714-721.

²Rezaei et al. (2018) An electrochemical immunosensor for cardiac Troponin I using electrospun carboxylated multi-walled carbon nanotube-whiskered nanofibres, Talanta, 182; 178-186.