Doktorlar ve bilim insanları bir bedenin içini görmek istediklerinde, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) güçlü bir araçtır. MRI, bedenin kaslarının, organlarının ve kemiklerinin ayrıntılı görüntülerini invazif olmayan bir şekilde yakalayabilir. Beyin aktivitesinin haritasını oluşturmak için kan akışını izleyebilir. Ve MIT'deki biyomühendisler tarafından geliştirilen yeni sensörlerle, MRI, beynimizi ve bedenimizi çalıştıran moleküllerin türlerini takip edebilir.
13 Mayıs tarihli Nature Biomedical Engineering dergisinin sayısında, MIT'deki Beyin Bilimleri ve İnsan Davranışı alanında Eugene McDermott Profesörü olan Alan Jasanoff liderliğindeki bir ekip, yeni sensörlerini rapor ediyor. Bu sensörler, belirli moleküler hedeflere yanıt olarak MRI sinyallerini aydınlatabilir veya kısabilir. Problar, her hedef molekülün MRI sinyali üzerindeki etkisini artıracak şekilde tasarlanmıştır ve önceki küçük molekül sensörlerine göre duyarlılığı dramatik bir şekilde artırmaktadır. Jasanoff, McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü'nde de bir yardımcı araştırmacı olduğunu belirterek, ekibinin kullandığı yaklaşımın, nörotransmitterleri ve beyindeki diğer önemli molekülleri tespit eden MRI sensörlerinin geliştirilmesini sağlaması gerektiğini söylüyor.
“Beynin tamamında nörotransmitterler, nöropeptitler ve metabolitler gibi belirgin kimyasal sinyalleri ölçebilmek istiyoruz,” diyor Jasanoff. “Bu kimyasallar, sinirsel hesaplamalarda önemli bileşenlerdir ve bu sinyalleri dinamik olarak tespit etmek için geliştirdiğimiz türdeki probları kullanmak istiyoruz.”
Jasanoff, araştırmacıların beyindeki küçük molekülleri hassas bir şekilde tespit etmekte zorluk yaşadıklarını, çünkü herhangi bir nörokimyasalın miktarının düşük olduğunu açıklıyor. Sensörler, belirli moleküllerin varlığında bir MRI sinyalinin parlaklığını değiştirecek şekilde tasarlanabilir — ancak bunu başarmak için çok fazla kontrast maddesi gereklidir. Eğer her kontrast maddesi molekülünün aktif hale gelmesi için kendi hedef molekülüne ihtiyacı varsa, hedef molekülün düşük konsantrasyonları sensörlerin MRI taramasındaki görünürlüğünü kısıtlar. “Görüntülemede gördüğünüz sinyal değişikliği çok mütevazı olacaktır,” diyor Jasanoff. “Fizyolojik olayları tespit etmemizi sağlamaz.”
Jasanoff ekibinin yeni sensörleri, postdoc Sayani Das ve lisansüstü öğrenci Jacob Cyert Simon tarafından geliştirilen bu sorunu aşmaktadır. Hedef moleküllere yanıt olarak daha büyük bir sinyal değişikliği oluşturmak için, araştırmacılar tek bir hedef molekülün bir değil, birçok kontrast maddesini etkilediği problar tasarladılar.
Bunu başarmak için, Das ve Simon, bir MRI kontrast maddesini liposomal nanopartiküller adı verilen küçük torbalara paketlediler. Her nanopartikül, su içindeki hidrojen atomlarından kaynaklanan MRI sinyalini aydınlatan manyetik bir madde olan gadolinyumun birçok molekülü ile doldurulmuştur. Koruyucu torbalarının içinde, gadolinyumun MRI sinyali üzerinde hiçbir etkisi yoktur, su moleküllerinin kolayca girip çıkmadığı sürece.
Das ve Simon, gadolinyum dolu nanopartiküllerinin duvarlarına su kanalları inşa ettiler ve bu kanalların açılmasının bir hedef molekülün varlığına veya yokluğuna bağlı olacak şekilde mühendislik yaptılar. Kanallar açıldığında, daha fazla su girer ve gadolinyum yerel MRI sinyalini aydınlatır, taramada o noktayı aydınlatır.
Araştırmacılar, hedef moleküllere yanıt veren sensörlerine liposomal nanopartikül raporları veya LisNR'ler (okunuşu “dinleyiciler”) adını verdiler. LisNR'leri, yalnızca hedef moleküllerinin varlığında suyu içeri alacak şekilde tasarladılar. Bu nanopartiküllerdeki su kanalları, hedef molekülle karşılaşana kadar tıkanık kalır ve bu da bir kanal tıkayıcı protein parçasını kenara itebilir.
Kanal tıkayıcı yerinden çıkarıldığında, su girer ve MRI sinyali aydınlanır. Ayrıca, tespit etmek üzere tasarlandıkları molekülün varlığında MRI sinyalini kısan LisNR'ler de yaptılar. Bu, hedef molekül gelene kadar açık kalan bir kanala sahiptir ve bu da suyun dışarıda kalmasını sağlar. Jasanoff laboratuvarı üyeleri Vinay Sharma, Samira Abozeid ve Gregory Thiabaud, bu etkileşimleri anlam
