Son yıllarda kardiyovasküler hastalıkların sebep olduğu ölüm oranlarındaki dramatik artıĢ, bilim dünyasının yönünü, bu hastalıkların oluĢmasının altında yatan nedenlerin araĢtırılmasına ve tedavilerine yönelik erken teĢhisle ilgili çalıĢmaların daha yoğun olarak gerçekleĢtirilmesine çevirmiĢtir. Kardiyovasküler hastalıklar, her yaĢtaki insan grubunda olmakla beraber ilerleyen yaĢlarda daha sık görülmektedir. Her ne kadar içinde bulunduğumuz yüzyılda tıp ve teknoloji alanındaki geliĢmeler çok ilerlemiĢ olsa da bu hastalıklarla ilgili tedavi yöntemleri hala çok yüksek maliyetlerle yapılmaktadır. Hatta çoğu zaman kardiyovasküler hastalık türleri olan; kalp yetmezliği, ateroskleroz veya kalp krizi gibi ciddi durumlarda hastanın normal yaĢamını tehdit eden vakalarda kiĢinin bütçesiyle karĢılayamayacağı oranda yüksek maliyetli tedaviler söz konusu olmaktadır. Bu nedenle erken teĢhis çok büyük önem arz etmektedir. Hastalığın erken teĢhisiyle birlikte uygulanacak tedavinin baĢarısı ve hastanın yaĢama Ģansının artmasına katkı sağlanacağı düĢünülmektedir. Kardiyovasküler hastalıkların erken teĢhisine yönelik biyosensör sistemleri tasarlanırken, tasarlanan biyosensörün; tek kullanımlık, yüksek hassasiyette ve geniĢ tayin aralıklarında ölçümleme kapasitesine sahip, yenilikçi materyallerle modifiye edilebilen, maliyeti düĢük, depo kararlılığı için yüksek aktivite sergileyebilen ve en mühimi kandan alınan serum örneğinde hedef analitine cevap verebilen sensörler olması hedeflenmiĢtir. Bu hedef doğrultusunda kardiyovasküler hastalıklara spesifik 3 farklı biyobelirteç (CK, ST2 ve TnT) için biyosensör sistemi tasarlanmıĢtır. Elektrokimyasal temelli olarak geliĢtirilen tüm bu biyosensör sistemlerinde grafit kağıt elektrottan faydalanılmıĢtır. Biyosensörler EIS, CV, SWV gibi elektrokimyasal tekniklerin yanı sıra zamana karĢı impedans değiĢimini gözlemleyebildiğimiz "sabit frekansta impedans" tekniği ile de takip edilerek geliĢtirilmiĢtir. SFI tekniği literatüre bizim çalıĢma grubumuzun öncülüğüyle kazandırılmıĢtır. Bizim çalıĢmalarımız haricinde literatürde bu teknikle ilgili herhangi bir çalıĢma mevcut değildir.
Kreatin kinaz (CK) koroner iskemiye bağlı olarak miyokart hasarı sonucu kanda yükselme gösteren enzim temelli bir biyobelirteçtir. CK akut miyokart enfarktüsünün (kalp krizi) erken teĢhisi sırasında kullanılan en önemli enzimatik biyobelirtecidir. Bunun için yüksek hassasiyette bir CK biyosensörü tasarlanması hedeflenmiĢtir. CK biyosensörü tasarlanırken yüzeyin modifikasyonu sırasında GOPE gibi herhangi bir çapraz bağlayıcıya gerek duymadan silanlama iĢlemiyle immobilizasyon yapabilen yenilikçi materyallerle çalıĢılmıĢtır. Ayrıca yapılan çalıĢmalar neticesinde, CK biyosensörünün 0,1 pg/mL – 50 pg/mL tayin aralığında pikogram (10-12
125
aralıkta analiz yapabildiği saptanmıĢtır. Gerçek serum örneklerinde de hedef proteinine cevap verebilen CK sensörü tarafımızdan bilimsel literatüre kazandırılmıĢtır.
Suppression of Tumorigenicity 2 interlökin-1 (IL-1) reseptör ailesinin bir üyesidir ve akut miyokart enfarktüsünden sonra serumdaki seviyesinde belirgin artıĢlar görülmektedir. ST2 biyosensörü tasarlanırken, yüzeyin modifikasyonu için geleceğin en çok umut vadeden materyallerinden biri olan fulleren C60 dan yararlanılmıĢtır. Karbon atomlarının mükemmel
dizilimiyle kusursuz bir molekül yapısına sahip fulleren ailesinin bu en küçük kararlı yapısı biyosensörün immobilizasyonu için tercih edilmiĢtir. Tasarlanan ST2 sensörü bir önceki geliĢtirilen CK sensöründen daha geniĢ ve daha hassas bir tayin aralığında ölçüm yapabilecek Ģekilde geliĢtirilmiĢtir. Bu sayede sensör 0,1 fg/mL – 100 fg/mL aralığında ST2 tayinini gerçekleĢtirebilmektedir. Femtogram seviyesinde (10-15) tayin yapabilecek düzeyde tasarlanan
bu biyosensör gerçek serum örneklerinde de aynı baĢarıyı sağlayarak ölçüm yapabilmiĢtir. Troponin T (TnT), iskelet kası ve kalp miyositlerinde aktin ve miyozin arasındaki iliĢkiyi düzenlemekle görevli olan yapısal bir proteindir. TnT miyokart enfarktüsü için oldukça hassas bir biyobelirteçtir. Normal insan serumunda çok düĢük ya da sıfır olan TnT, akut miyokart enfarktüsünden sonra belirgin Ģekilde artar ve diğer kardiyak biyobelirteçlerinin içerisinde en spesifik olarak kabul edilen TnT‟ nin bu yükseliĢi patolojik olarak kabul edilir. TnT biyosensörünün dizaynı için direk asitle muamele edilerek gerçekleĢtirilen oldukça pratik bir immobilizasyon süreci tercih edilmiĢtir. Kısa sürelerde hazırlanarak TnT‟ nin oldukça hassas analizini mümkün kılan bu sensörün tayin aralığı 0,5 fg/mL – 1000 fg/mL olarak belirlenmiĢtir. Akut miyokart enfarktüsüne spesifik olan bu biyobelirteç için tasarlanan TnT sensörü daha önce geliĢtirilmiĢ olan CK ve ST2 biyosensörlerinin her ikisinden de daha geniĢ bir tayin aralığına sahiptir. Gerçek serum örneklerinde yapılan TnT biyobelirtecinin analizinde de oldukça güzel yanıtlar alınmasını sağlayan TnT biyosensör sistemi, tek kullanımlık, düĢük maliyetli elektrotlarla tasarlanan bir biyosensör olarak literatüre katkı sağlamıĢtır.
Doktora tezinin hedeflenen doğrultusunda tasarlanan kardiyovasküler hastalıkların tayinine yönelik 3 farklı biyosensör sistemi geliĢtirilmiĢtir. Sensörler tasarlanırken yenilikçi materyallerle, literatüre katkı sağlayacak üstünlükte ve klinikte uygulanmasına yönelik olarak tasarlanmaya çalıĢılmıĢtır. Her bir sensör için ayrı ayrı yapılan tüm immobilizasyon, optimizasyon ve karakterizasyon aĢamaları göstermiĢtir ki tasarlanan sensörlerin; hassasiyetleri, düĢük konsantrasyon seviyelerinde ve geniĢ tayin aralıklarında analiz
126
yapabilmeleri, uzun raf ömrüne sahip olmaları, yenilikçi materyallerle pratik hazırlık aĢamalarıyla üretilmeleri gibi bir çok avantaja sahip olmalarından dolayı klinik olarak kullanılabilirlikleri adına umut vadetmektedir.
127