Anasayfa >> Biyomedtek Hakkında >> Biz Kimiz?>> Çalışma Konuları
ÇALIŞMA KONULARI  
   
Biyomateryal ve Polimer Teknolojisi
Kök Hücre
Biyoteknoloji
Biyosensörler ve Biyoçipler
Doku Mühendisliği
Nanoteknoloji ve Görüntüleme Sistemleri



Prof.Dr.Erhan Bişkin’in 2002 yılında Biyotek dergisinde yayımlanmış
“Sağlık için Biyoteknoloji” adlı yazı dizisinden derlenmiştir.

 

 
BİYOSENSÖRLER

“Biyosensörler, biyolojik materyaller içeren ve/veya bunları çeşitli ortamlarda kalitatif ve/veya kantitatif tayin ve izlenmesinde kullanılan cihazlardır”. Biyosensörde en önemli nokta sistemde mutlaka bir biyolojik materyal kullanılıyor olmasıdır. Bu biyolojik materyaller kullanılarak, çok seçici, çok hassas, çoğu zaman da çok daha hızlı ölçüm yapmak mümkündür.

Bir biyosensör, Şekil 1’de şematik olarak gösterildiği gibi şu üç temel bileşenden oluşur : (i) tanıyıcı bölüm; (ii) tanıyan ile tanınan arasındaki etkileşmeyi elektrik sinyaline çeviren “çevirici “ (“transducer“); ve (iii) elektronik bölüm. Tanıyıcı bölümde immobilize edilmiş ligandlar bulunmakta. Ligand herhangi bir kimyasal bileşik olabilir, ancak bu bir biyolojik materyal ise (örneğin bir enzim, bir antibadi/antijen, bir oligopeptid, bir oligonükleotid, bir mikrorganizma, veya bir hayvan/bitki hücresi/dokusu) bu sensör, bir biyosensör olur.

Biyosensörün tanıyıcı tabakasına takılmış bulunan ligand (“tanıyan”) ile tayini gerçekleşecek olan analit (“tanınan”) arasında, sensör yüzeyinde bir etkileşme oluşur. Bu etkileşme, biyosensörlerde çoğu kez çok seçicidir. Etkileşmenin sonucunda oluşan değişiklik, örneğin, ortaya çıkan bir kimyasal madde veya başlangıçta ortamda bulunan ve etkileşme ile kaybolan bir kimyasal madde, örneğin, bir elektrokimyasal değişikliğe (elektriksel potansiyel veya akım değişimi gibi) neden olur veya olması için uygun önlem alınır. Alternatif olarak etkileşim sonucu ortaya ısı çıkar veya kaybolur; optik özellikler değişir; veya kütle değişimi gözlenir. Cihazdaki “çevirici” birimi bu değişimi algılar ve elektrik sinyaline çevirir, ki bu da elektronik bölüm tarafından değerlendirilir ve sayısal okunabilir verilere dönüştürülür.

Enzim elektrodlarda enzim molekülleri ve substrat etkileşimi sonucunda ortamdan kaybolan veya oluşan bir ürün söz konusu olur

Başka türlü bir etkileşim de, sensör yüzeyinde bulunan tanıyan ile ortamda bulunan tanınan moleküllerinin bağlanma şeklinde tepkimesi söz konusudur. Buna örnek olarak immunosensörlerdeki antibadi ile antijen ilişkisi verilebilir.

Tanıyan olarak oligopeptidlerin kullanıldığı afinite sistemleri de geliştirilmiştir.

Nükleik asit sensörlerinde DNA, RNA, bunların fragmanlarının veya bunları taşıyan moleküllerin (örneğin RNA zinciri bulunan enzimler, vb.) tayini yapılabilmektedir. Nükleik asit sensörleri tersinir hibridizasyon/dehibridizasyon mekanizması üzerine kurulur.

Kullanılan biyolojik moleküllerin orijini olan mikroorganizmalar biyosensör yüzeylerinde tanıyıcı olarak kullanılmaya başlamıştır. İlk “mikrobiyal biyosensör” arjinin seçimli bir elektroddur. Burada tanıyan “Sterptococcus faecium” mikroorganizması, ortamdaki arjinini hücre içine alıp amonyak çıkacak şekilde etkileşir, oluşan amonyak, potansiyometrik esaslı bir amonyak elektrod ile ölçülür.

BİYOÇİPLER

Hayvan ve bitki hücreleri de biyosensörlerde tanıyıcı olarak kullanılır. Bu konu için karaciğer hücreleri ideal hücrelerdir çünkü fonksiyonları birçok biyokimyasalı başka türlere çevirmektir. İlk uygulama bu hücrelerle, karaciğer dokusu arjinin tanısında kullanılmıştır. Sensör yüzeyine konulan karaciğer hücreleri arjinini önce ornitin ve üreye çevirip, üre üreaz ile amonyağa dönüştürür, bu da amonyak elektrodu ile ölçülür.

Biyoçip teknolojisi ile binlerce gen analizi paralel olarak, etkin yüzey alanı yaklaşık birkaç cm 2 olan bir kredi kartı boyutlarında çip üzerinde yapılabilmektedir.

Biyoçip teknolojisi elektronik endüstrisinde yıllardır kullanılan çiplerden esinlenerek geliştirilmiştir. Dolayısıyla hazırlanmasında kullanılan malzemeler ve teknikler benzerlik göstermektedir. Biyoçip teknolojisinin ilk ticari ürünü GeneChip ® ticari adlı Affymetrix firmasının (Santa Clara, ABD) Lipshutz ve arkadaşlarının çalışması üzerine kurulan bir DNA çipidir. Bugün yalnız Kuzey Amerika’da hem DNA hem de protein çipi üreten 20 nin üzerinde firma vardır.

Çip malzemesi genellikle, elektronik çiplerde uzun yıllardır kullanılan silikondur. Ayrıca, cam, kuartz, plastik (naylon, polpropilen, polimetilmetakrilat, vb.) kullananlar da vardır. Çip yüzeyinde fonksiyonel grupların (OH, COOH, NH 2, SH, vb.) üzerinden prob moleküller yüzeye kovalent bağlarla sağlam olarak bağlanır. Bunların yaratılması için kimyasal (kimyasal ajanlarla etkileştirme) veya fiziksel (fonksiyonel gruplar taşıyan polimerik filmle kaplama veya örneğin plazma da kimyasal grup biriktirme) yöntemler kullanılmaktadır. Biyoçipin oluşturulması için, ikinci adım “prob” moleküllerin (DNA çiplerinde farklı dizilimlerde oligonükleotidler “oligolar”, protein çiplerinde farklı yapılarda polipeptidler, genellikle antibadiler, antibadi fragmanları veya farklı dizilimlerde oligopeptidler, peptidler) yüzeye yerleştirilmesidir. Bunun için çeşitli kimyasal ajanlar kullanılarak yüzeydeki fonksiyonel gruplar aktive edilir ve prob moleküllerinin kimyasal tepkimeyle yüzeye kovalent bağlanması sağlanır. Örneğin yüzeyde karboksilik asit (COOH) grupları varsa amino-oligolar (NH 2 takılmış) veya proteinler (NH 2 grupları taşıyor) yüzeye kovalent bağlarla bağlanabilir. Tiyol (SH)-oligoları alkilleme ajanları (örneğin iyodo asetamid veya maleimid kullanarak) yüzey amin gruplarına (NH 2) bağlamak mümkün dür. Burada dikkat edilecek en önemli husus, oligonükleotidleri yüzeye bir uçlarından bağlamaktır, yani yüzeyde dikey olarak durmalarıdır. Bu sekilde yüzeyde beklenen hibridizasyon olur.

Çip yüzeyinde yüzlerce bölge (“spot”) vardır. Herbir spotda binlerce aynı tür prob oligo yerleşmiştir. Oligo türü yalnızca spottan spota değişmektedir. Bir DNA çipinde böyle bir yapıyı oluşturmak üzere başlıca üç teknik kullanılır. Birinci yöntem fotolitografi. Elektronik mikroçiplerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. İkincisi mikrospotlama ve üçüncüsü ise ink jet yöntemidir.

Prob oligoları taşıyan çipler hazırlandıktan sonra sıra ölçüm yapmaya gelir. Bunun için tanısı yapılacak olan DNA moleküllerini önce tek sarmal zincirler haline getirmek ve işaretlemek gerekir. Lazere duyarlı fluorasan etiketler (maddeler) kullanmak en yaygın uygulanan yaklaşımdır. Tanısı yapılacak olan etiketli DNA karışımını çip üzerine koyup hibridizasyon olmasını sağlayacak koşullar yaratılır. Bu DNA yüzeyde eşleniğini bulursa tam hibridizasyon olur.

DNA çipleri ile “Genomics” kapsamındaki çalışmaların hemen hemen hepsini yapmak mümkündür. DNA’da genleri ve bunların dizilimleri bulunabilir. Özellikle kriminolojik çalışmalarda çok hızlı olarak DNA testi ile suçlu belirlemesi yapabilabilir. Hastalık durumunda ortaya çıkabilecek mutasyonları izleyip, hastalık tanısını koyup, gen ekspresyon profili zamanla nasıl değiştiğini bakıp hastalığın gelişmesi/gerilemesi izlenebilir. Yeni ilaç adaylarının olası toksik etkilerini çok hızlı bir şekilde izleyip eleminasyonu çok kolaylıkla yapılabilir. Potansiyal ilaçların farmakolojik etkilerin çip üzerinde bulunabilir.

“Proteomics” kapsamındaki araştırmalarda kullanılmak üzere protein çipleri geliştirilmekte. Bu çipleri oluştururken prob (“ligand”) olarak yüzeye yerleştirilen proteinlerin üç boyutlu yapıları bozulmamalıdır ve aktif yüzeyi dışa gelecek şekilde bağlanmalıdır. Ayrıca artık proteinin tamamının ligand olarak kullanılması yerine bunun aktif bölgelerinin, yani oligopeptidlerin sentetik olarak yapılması (protein sentezleyici cihazlar kullanılarak) , peptid kütüphanelerinin oluşturulması ve protein çiplerinde kullanılması söz konusudur. Peptid kütüphaneleri “faj display tekniği” ile virüs-bakteri sistemlerini kullanarak da sentezlenebilmektedir. “Protoemics” çalışmaları için peptidleri dahi prob olarak değerlendirmek mümkündür.

 

 
Biyomedtek © 2008