2d Ve 3d Bor Katkılı Elmas Elektrotlarla Uzun Dönem Elektrofizyolojik İzleme Sağlayan Nöro-Organoid Platformları
EŞ İ. (Yürütücü), KURBANOĞLU S., TOPRAK Ö. N.
TÜBİTAK Uluslararası İkili İşbirliği Projesi, 2544 - Japon Bilimi Destekleme Kurumu (JSPS) ile İkili İşbirliği Programı, 2026 - 2028
- Proje Türü: TÜBİTAK Uluslararası İkili İşbirliği Projesi
- Destek Programı: 2544 - Japon Bilimi Destekleme Kurumu (JSPS) ile İkili İşbirliği Programı
- Başlama Tarihi: Mayıs 2026
- Bitiş Tarihi: Mayıs 2028
Proje Özeti
Organoidler, kendi kendine organize olan, kök hücre kaynaklı üç boyutlu modellerdir ve insan gelişimi ile hastalıkların anlaşılmasında kullanılırlar. Laboratuvarda adeta yaşayan "mini organlar" gibidirler ve doğal karşılıklarına oldukça yakın işlevler taşırlar. Organ-çip (OoC) platformlarıyla entegre edildiklerinde kontrollü mikro-çevreler, sürekli perfüzyon ve gerçek zamanlı izleme sayesinde fizyolojik açıdan çok daha gerçekçi hâle gelirler. Beyin organoidleri, sinir ağlarının nasıl oluştuğuna ve nöronal aktivitenin zaman içinde nasıl şekillendiğinin izlenmesine imkân tanımalarından dolayı çok daha büyük bir öneme sahiptirler. NEURO-GEM projesi, beyin organoidlerinin uzun vadeli, kararlı bir şekilde izlenmesini mümkün kılacak yeni nesil bir OoC platformu geliştirmeyi amaçlamaktadır. Mevcut elektrot sistemleri hızlı sinyal bozulması yaşamaktadır ve bu durum, olgunlaşması haftalar veya aylar süren OoC modellerinde verimi düşürmektedir. Bizim yaklaşımımız, şeffaf ve perfüze edilebilir mikroakışkan odacıklara entegre edilmiş, üç boyutlu mikroiğne mimarilerinde bor katkılı elmas (BDD) elektrotları tanıtmaktadır. Bu kombinasyon ile, ileri malzeme mühendisliği ile nörobiyolojik modelleri daha önce denenmemiş bir şekilde bir araya getirerek, organoidlerin uzun süre boyunca hassasiyet kaybı olmadan nicel bir şekilde gözlemlenebilmesi hedeflenmektedir. Yöntemsel olarak proje net bir sırayı izlemektedir. Türkiye'de, yüksek en-boy oranlı mikroiğne dizileri metal alt tabakalar üzerinde NIR (near infra-red) lazer işleme ve elektriksel deşarj işleme yöntemleri kullanılarak üretilecektir. Bu alt tabakalar daha sonra Japonya'ya transfer edilecek ve Prof. Yasuaki Einaga'nın grubunda mikrodalga destekli PECVD yöntemiyle homojen BDD kaplama yapılacak ve elektrokimyasal karakterizasyon gerçekleştirilecektir. Tamamlanan diziler Türkiye'ye geri dönecek ve yüzey UV/NIR lazer ablasyonu veya CNC işleme ile desenlenecek, elektrik sinyal analizi için bağlantılar ve temas pedleri tanımlanacaktır. Ardından tasarlanan elektrot sistemi mikroakışkan OoC odacıklarına entegre edilecek ve burada insan kök hücrelerinden türetilmiş beyin organoidleri sürekli perfüzyon altında kültüre edilecektir. Elektrofizyolojik aktivite potansiyostat tabanlı sistemler kullanılarak kaydedilecek ve spike dizileri, ağ osilasyonları ve uzun vadeli sinyal stabilitesi analiz edilecektir. Proje yönetimi dört birbirine bağlı iş paketi etrafında yapılandırılmıştır: (i) elektrot mikrofabrikasyonu ve cihaz montajı, (ii) BDD kaplama ve yüzey karakterizasyonu, (iii) organoid kültürü ve bakımı, ve (iv) elektrofizyolojik kayıt ve veri analizi. İşbirliği yalnızca tamamlayıcı olmaktan öte bir şekilde tasarlanmıştır. Japonya, yıllar içinde yüzey mühendisliği alanında geliştirdiği bilgi birikimiyle rafine BDD kaplama uzmanlığını sunarken; Türkiye, gelişmiş OoC üretimi ve organoid modelleri ile katkıda bulunacaktır. Ayrıca Türkiye, sahip olduğu zengin bor kaynakları nedeniyle, projenin gelecek aşamaları için bu kaynaklara doğrudan erişim imkânı sunarak katkıda bulunacaktır. Bu çift yönlü bilgi akışı yalnızca araştırmayı hızlandırmakla kalmayıp, aynı zamanda sürdürülebilir teknoloji transferinin tohumlarını da ekmektedir. Beklenen etki oldukça geniştir. Proje, açık patent potansiyeli taşıyan bir prototip cihaz geliştirmeyi, en az iki uluslararası makale yayımlamayı ve lisansüstü öğrenciler için disiplinlerarası eğitim sağlamayı hedeflemektedir. Ekonomik açıdan ise platform, insanla ilişkili, hayvansız test modellerine yönelik küresel talebi doğrudan karşılamaktadır; bu pazarın önümüzdeki on yıl içinde milyarlarca dolara ulaşması beklenmektedir. Daha da ileriye bakıldığında, NEURO-GEM bir spin-off şirketin temelini oluşturabilir ve endüstriyel kullanım alanı bularak, Türkiye ve Japonya'yı BDD tabanlı biyomedikal teknolojilerin geliştirilmesinde öncü konuma taşıyabilir.