BİYOTEKNOLOJİ VE NANOTEKNOLOJİ İŞ BİRLİĞİ: “NANOBİYOSENSÖRLER”

Genel anlamda biyosensörler, biyoloji, fizik, kimya, biyokimya, malzeme ve mühendislik gibi bilim dallarından yararlanılarak, biyolojik moleküllerin seçicilik özelliklerinin, modern elektronik tekniklerle birleştirilmesiyle geliştirilen biyoanalitik cihazlardır. Teknik bir şekilde tanımlayacak olursak biyosensörler; analizi yapılacak maddeyi (analiti) algılayabilen reseptör, alınan sinyali çeviren dönüştürücü ve bu sinyalin işlenmesini sağlayan elektronik sistemden oluşmaktadır. Görme, işitme, koklama, tat alma, dokunma ve hissetme gibi işlevleri yerine getiren, çevrelerinde meydana gelen değişimleri algılayabilen özelleşmiş hücrelerden (reseptör) oluşan duyu organlarımız birer doğal biyosensörlerdir. Ancak her duyu organımızın algılayabildiği belirli sınırları vardır. Örneğin insan kulağı 20-20 bin Hz arasındaki sesleri duyabilmekte, gözlerimiz 400-700 nm dalga boyundaki görünür ışık aralığını algılayabilmektedir. Bu yüzden duyu organlarımızın algılama hassasiyetinin ötesinde geliştirilen biyosensörlere ihtiyaç duyulmuş buna da teknolojinin gelişmesiyle ulaşılabilmiştir. Duyu organlarımızdan yola çıkılarak keşfedilen biyosensörler vücuttan alınan biyolojik bir sinyali okuyabilen ve ölçülebilir fiziksel, kimyasal veya elektrik sinyallerine dönüştürebilen cihazlardır.

Doktorların kalp, göğüs ve sırtı dinlediği stetoskop, tansiyon ölçen cihazlar veya kandaki şeker miktarını ölçen glikoz metreler, hastanelerde bulunan MRI bilinen en yaygın biyosensörler olarak karşımıza çıkmaktadır. Gün geçtikçe bu cihazlar hayatımızda daha fazla yer edinmeye başlamış ve teknolojik gelişmeler sayesinde hassasiyeti, seçiciliği, boyutu, taşınabilirliği, zaman ve maliyeti gibi birçok özelliği açısından daha iyi duruma getirilmeye çalışılmaktadır. Günümüzde piyasada bulunan glikoz ölçerler, genellikle miligram/litre ya da milimol/litre gibi yüksek konsantrasyon seviyelerini ölçebilmektedir. Fakat vücudumuzda bulunan biyomoleküllerin temel yapı taşlarının mikro ve nano boyutlarda olduğu düşünüldüğünde araştırmacılar kullanılacak biyosensörünnano boyutlarda bulunan en düşük analit miktarını bile algılayabilmesi gerektiğini böylece birçok hastalığın erken teşhisiyle hastalığın ilerlemeden önüne geçilebileceğini savunmaktadırlar. Burada en düşük analit miktarının algılanması kavramını özetle bazı araştırmacıların vermiş oldukları şu örnekle açıklayabiliriz; analiz edilecek maddenin olimpik yüzme havuzunda bulunan tek bir tuz tanesi olduğunu düşünürsek, nanobiyosensörlerinnano hatta piko ve femtomolar seviyesinde yani çok küçük boyutta olan bu tuz tanesini ölçmesi olarak tanımlayabiliriz.

Nanoteknoloji birçok alana dahil olabilmenin yanı sıra özellikle tıp alanında; teşhis ve tanı, tıbbi görüntüleme, farmakoloji, mikrobiyoloji, yara iyileşmesi, dokuların yenilenmesi, bazı kronik hastalıkların tedavisi, aşı ve genetik alanlarında yürütülen çalışmalarla ilerlemektedir. İşte tamda burada nanobiyosensörler, teşhis ve tanı işlemlerinin hızla gerçekleştirilmesi, erken dönemde kanser tanısı, patojenlerin tespit edilmesi, detaylı görüntüleme, enfeksiyon gelişimini önleme, kişiye özgü tedavi yöntemi geliştirme, genom dizileme gibi birçok alanda başarılı sonuçlar alma imkanı sunmaktadır.

Günümüzde yaygın görülen hastalıkların (diyabet, kanser, vb.) erken tanısı ve bu hastalıkların ilerlemeden önüne geçilmesi, tanınmayan hastalıkların (salgın, biyoterör, vb.) yerinde anlık tespitiyle daha fazla insana yayılmasının önlenmesi ancak biyoteknoloji ve nanoteknoloji alanlarının ortak işbirliği sonucu geliştirilecek olan nanobiyosensörlerle mümkündür. Nanobiyosensörler ile hassasiyeti çok yüksek, seçici, tek bir damla analit miktarıyla ölçüm yapabilen, çoklu ve tekrar ölçüme olanak sağlayan, kısa sürede hemen sonuç veren, en önemlisi laboratuvar ortamına gerek kalmadan yerinde ölçüm yapabilen küçük boyutlu taşınabilir cihazlar sağlayabiliriz. Son dönemlerde popüler hale gelen “lab-on a chip” ve “mikroakışkan” teknolojisinin biyosensörlere uygulanmasıyla nanobiyosensörler geliştirilebilir. Tüm bu sonuçlar ülkemizde de çalışılmakta olan nanobiyosensörlerin geliştirilmesi ve üretilmesine olanak sağlamak için işbirlikleri ve projelerle desteklenmesi gerektiğini bizlere açık bir şekilde göstermektedir.

GAMZE SEKİCEK - DR. Z. BANU BAHŞİ ORAL
GEBZE TEKNİK ÜNİVERSİTESİ, BİYOTEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ