Beyin Hastalıklarının Tespiti İçin Devrim: Moleküler Fener
Yeni bir “moleküler el feneri” tekniği, beyin patolojilerine invazif olmayan bir bakış açısı sağlayarak nörolojik araştırmaların geleceğini aydınlatıyor.
Prob, minimum hasarla beynin derinliklerine ulaşabiliyor ve minimal invaziv bir cihaz olarak tanımlanmasını sağlıyor. Ultra ince bir ışık demeti yayar.
Sinir dokusunu aydınlatan ışık, kimyasal bileşimi hakkında ayrıntılı bilgi sağlayarak tümörlerin veya diğer lezyonların neden olduğu moleküler değişikliklerin tespit edilmesini mümkün kılıyor.
“Moleküler el feneri” olarak bilinen bu araç şu anda araştırma ortamlarında kullanılıyor, ancak bilim insanları sonunda hasta bakımına uygulanacağını umuyor.
Devrim Niteliğinde “Moleküler El Feneri” Teknolojisi
Kanser ve nörolojik bozuklukların neden olduğu beyindeki moleküler değişiklikleri invaziv prosedürler olmadan incelemek, biyomedikal araştırmalarda uzun zamandır bir zorluktu. Şimdi ise bilim insanları, farelerin beyinlerine ışık vermek için ultra ince bir sonda kullanan ve ayrıntılı moleküler analize olanak sağlayan çığır açıcı bir teknik geliştirdi. Nature Methods dergisinde bugün (31 Aralık) yayınlanan bulgular, İspanya Ulusal Kanser Araştırma Merkezi (CNIO) ve İspanya Ulusal Araştırma Konseyi (CSIC) ekipleri de dahil olmak üzere uluslararası araştırmacılar arasındaki işbirliğinin sonucudur.
Araştırmacılar bu yeniliği “moleküler el feneri” olarak adlandırıyor çünkü sinir dokusunu aydınlatarak kimyasal bileşimini ortaya çıkarıyor. Bu yaklaşım, bilim insanlarının hem birincil hem de metastatik beyin tümörlerinin yanı sıra travmatik beyin hasarı gibi yaralanmalarla ilişkili moleküler değişiklikleri tespit etmelerine olanak tanıyor.
Minimal İstila, Maksimum İçgörü
Moleküler el feneri, 1 mm’den daha az kalınlıkta, ucu sadece bir mikron genişliğinde (milimetrenin yaklaşık binde biri) ve çıplak gözle görülemeyen bir probdur. Beynin derinliklerine zarar vermeden yerleştirilebilir (karşılaştırma için, bir insan saçının çapı 30 ila 50 mikron arasındadır).
Makalenin yazarları, bu el feneri probunun henüz hastalarda test edilmeye hazır olmadığını ve şimdilik öncelikle hayvan modellerinde “travmatik beyin hasarının neden olduğu moleküler değişiklikleri izlemenin yanı sıra beyin metastazının tanısal belirteçlerini yüksek doğrulukla tespit etmeyi” sağlayan “umut verici” bir araştırma aracı olduğunu belirtiyor.
Çalışma, iki İspanyol grubu içeren Avrupa NanoBright konsorsiyumu tarafından yürütülmüştür: CNIO’nun Beyin Metastazı Grubuna başkanlık eden Manuel Valiente liderliğindeki grup ve Liset Menéndez de la Prida liderliğindeki CSIC’nin Cajal Enstitüsü Nöronal Devreler Laboratuvarı. Her iki ekip de NanoBright’taki biyomedikal araştırmalardan sorumlu olurken, İtalyan ve Fransız kurumlarından gruplar da enstrümantasyonu geliştirdi.
Titreşimsel spektroskopi cihazı. Kredi: Mariam Al-Masmudi. CNIO
Beyin Çalışma Tekniklerinde Paradigma Değişimi
Beyin işlevini etkinleştirmek veya kaydetmek için ışık kullanmak dikkate değer bir başarıdır, ancak yeni bir teknik değildir. Örneğin optogenetik olarak adlandırılan teknikler, tek tek nöronların aktivitesini ışıkla kontrol etmeyi mümkün kılmaktadır. Ancak bu yöntemler, ışığa duyarlı hale getirmek için nöronlara bir genin eklenmesini gerektiriyor. NanoBright tarafından sunulan yeni teknoloji ile beyin, biyomedikal araştırmalarda bir paradigma değişimini temsil eden önceden bir değişiklik yapılmadan incelenebilir.
Yeni moleküler el fenerinin dayandığı yöntemin teknik adı titreşimsel spektroskopidir. Raman etkisi olarak bilinen ışığın bir özelliğinden yararlanarak çalışır: ışık moleküllerle etkileşime girdiğinde, kimyasal bileşimlerine ve yapılarına bağlı olarak farklı şekilde saçılır. Bu, her molekül için benzersiz bir sinyalin veya spektrumun tespit edilmesini sağlar. Spektrum daha sonra moleküler bir imza görevi görerek aydınlatılan dokunun bileşimi hakkında bilgi sağlar.
“Beyinde Patoloji veya Yaralanmadan Kaynaklanan Herhangi Bir Moleküler Değişikliği Görebiliyoruz”
“Bu teknoloji,” diye açıklıyor Manuel Valiente, ”beyni önceden değiştirmeye gerek kalmadan doğal haliyle incelememize olanak sağlıyor. Dahası, önceki teknolojilerde gerekli olduğu gibi sadece genetik olarak işaretlenmiş veya değiştirilmiş olanları değil, her tür beyin yapısını analiz etmemizi sağlıyor. Titreşimsel spektroskopi ile bir patoloji mevcut olduğunda beyindeki herhangi bir moleküler değişikliği görebiliyoruz.”
Raman spektroskopisi zaten beyin cerrahisinde kullanılıyor, ancak daha invaziv ve daha az hassas bir şekilde. Valiente, “Hastalarda beyin tümörü ameliyatı sırasında kullanımı üzerine çalışmalar yapılmıştır” diyor. “Ameliyathanede, tümörün büyük kısmı cerrahi olarak çıkarıldıktan sonra, bölgede herhangi bir kanser hücresinin kalıp kalmadığını değerlendirmek için bir Raman spektroskopi probu yerleştirilebilir. Ancak bu sadece beyin zaten açık ve boşluk yeterince büyük olduğunda yapılır. Bu nispeten büyük “moleküler fenerler” canlı hayvan modellerinde minimal invaziv kullanımla uyumlu değildir.”
Metastazları Analiz Etmek için Minimal İnvaziv Teknik
NanoBright konsorsiyumu tarafından geliştirilen prob o kadar incedir ki, beyin dokusuna girdiğinde neden olabileceği herhangi bir hasar ihmal edilebilir olarak kabul edilir ve bu da ona “minimal invaziv” unvanını kazandırır.
Yazarlar Nature Methods’da özel uygulamalar önermektedir. Valiente’nin CNI’daki grubu, moleküler feneri beyin metastazlarının deneysel modellerinde kullandı: Valiente, “Hastalarda olduğu gibi, tümör cephelerinin ameliyattan kaçacak hücreleri serbest bıraktığını gözlemledik” diyor. “Mevcut teknolojiden farkı, artık tümörün yüzeysel ya da derin olmasına bakmaksızın bu analizi minimal invaziv bir şekilde gerçekleştirebiliyor olmamız.”
CNIO ekibi için şu anki hedeflerden biri, prob tarafından sağlanan bilgilerin “metastaz türleri gibi çeşitli onkolojik varlıkları mutasyon profillerine göre, birincil kökenlerine göre veya farklı beyin tümörü türlerinden ayırt edip edemeyeceğini” belirlemektir.
Teşhis Belirteçlerinin Belirlenmesi için Yapay Zeka
Cajal Enstitüsü ekibi ise bu tekniği travmatik beyin yaralanmalarının etrafındaki epileptojenik alanları incelemek için kullandı. “Epileptik nöbetlere eğilimli aynı beyin bölgelerinde, bir tümör veya travma ile ilişkili olup olmadıklarına bağlı olarak farklı titreşim profilleri tanımlayabildik. Bu durum, bu bölgelerin moleküler imzalarının farklı şekilde etkilendiğini ve yapay zeka da dahil olmak üzere otomatik sınıflandırma algoritmaları kullanılarak farklı patolojik varlıkları ayırt etmek için kullanılabileceğini göstermektedir” diye açıklıyor Liset Menéndez de la Prida.
“CSIC araştırmacısı, “Titreşimsel spektroskopinin beyin aktivitesini kaydetmek için diğer yöntemlerle entegrasyonu ve yapay zeka kullanılarak yapılan gelişmiş hesaplama analizi, yeni yüksek hassasiyetli teşhis belirteçlerini tanımlamamıza olanak tanıyacaktır. “Bu da yeni biyomedikal uygulamalar için gelişmiş nöroteknolojinin geliştirilmesini kolaylaştıracaktır.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Glokom İlacı Dejeneratif Beyin Hastalıklarına Karşı Yardımcı Oluyor