Bitkiler için Mikro İğne Bazlı İlaç Dağıtım Tekniği Geliştirildi
Singapur-MIT Araştırma ve Teknoloji Birliği’nin (SMART) Tarımsal Hassasiyet için Yıkıcı ve Sürdürülebilir Teknolojileri (DİSTAP) Disiplinler arası Araştırma Grubu’ndan (IRG) araştırmacılar ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nün (MIT) Singapur’daki araştırma kuruluşu ve onların Temasek Yaşam Bilimleri Laboratuvarı’ndan (TLL) işbirlikçileri, bitkiler için ilk mikro iğne bazlı ilaç dağıtım tekniğini geliştirdi. Yöntem, araştırma amaçları için belirli bitki dokularına kontrollü miktarlarda zirai kimyasalları hassas bir şekilde iletmek için kullanılabilir. Tarlada uygulandığında, mahsul kalitesini ve hastalık yönetimini iyileştirmek için hassas tarımda kullanılabilir.
İklim değişikliğinin neden olduğu çevresel koşulların artması, sürekli büyüyen bir insan nüfusu, ekilebilir arazi kıtlığı ve sınırlı kaynaklar, tarım endüstrisini kaynakların daha verimli kullanımını (örneğin su, gübre ve böcek ilaçları) teşvik eden daha sürdürülebilir ve hassas uygulamaları benimsemeye ve böylece çevresel etkilerin azaltılmasına zorluyor. Mahsullerde mikro besinler, böcek ilaçları ve antibiyotikler gibi tarımsal kimyasalları verimli bir şekilde kullanan dağıtım sistemlerinin geliştirilmesi, yüksek verimlilik ve yüksek üretim kalitesi sağlamaya yardımcı olurken, kaynak israfını en aza indirgemek çok önemlidir.
Bununla birlikte, yapraktan besleme tekniği gibi bitkilerde agrokimyasal uygulama için mevcut ve standart uygulamalar, hedef dışı uygulama, yağmurda hızlı çalışma ve aktif hızlı bozulma nedeniyle verimsizdir. Bu uygulamalar aynı zamanda su ve toprak kirliliği, biyolojik çeşitlilik kaybı ve bozulmuş ekosistemler gibi önemli zararlı çevresel yan etkilere; solunum problemleri, kimyasal maruziyet ve gıda kontaminasyonu gibi halk sağlığı endişelerine neden olur.
SMART tarafından geliştirilen yeni ipek bazlı mikro iğneler tekniği, bilinen bir miktarda yükü doğrudan bir bitkinin derin dokularına dağıtarak ve hedefleyerek bu sınırlamaları aşar; bu da bitki büyümesinin daha yüksek etkinliğine yol açar ve hastalık yönetimine yardımcı olur. Teknik, bileşiği bitkilere uzun süreli zarar vermeden sağladığı ve çevresel olarak sürdürülebilir olduğu için minimal invazivdir. Kaynak israfını en aza indirir ve çevrenin tarımsal kimyasal kirlenmesinin neden olduğu olumsuz yan etkileri azaltır. Ek olarak, kesin tarımsal uygulamaların geliştirilmesine yardımcı olacak ve bitkileri incelemek ve ürün özelliklerini tasarlamak için yeni araçlar sağlayarak gıda güvenliğini sağlamaya yardımcı olacaktır.
Advanced Materials’ın Ocak 2023 sayısında yayınlanan “İpek mikro iğnelerle kullanan bitkilerde ilaç dağıtımı” başlıklı bir makalede açıklanan araştırma, çok çeşitli bitkilere küçük bileşikler sunmak için kullanılan ilk polimerik mikro iğneleri ve biyomateryal enjeksiyonuna bitki tepkisini araştırıyor. Gen ekspresyonu analizi yoluyla, araştırmacılar mikro iğne enjeksiyonunu takiben ilaç dağıtımına verilen reaksiyonları yakından inceleyebilirler. Minimal yara ve kallus oluşumu gözlemlendi, bu da bitkiye enjeksiyonla indüklenen minimum yaralanmayı gösterdi. Bu çalışmada sağlanan kavram kanıtı, bitki mikro iğnelerinin bitki biyolojisi ve tarımında uygulanmasına kapı açarak, bitki fizyolojisini düzenlemek ve yüklerin verimli ve etkili bir şekilde teslim edilmesi yoluyla metabolizmaları incelemek için yeni yollar sağlar.
Çalışma, seçilen model bitki olan Arabidopsis’teki (fare kulağı teresi) sistemik taşıma sistemini hedeflemek için mikro iğnelerin tasarımını optimize etti. Tarımda yaygın olarak kullanılan bir bitki büyüme düzenleyicisi olan Giberellik Asit (GA3), dağıtım için seçildi. Araştırmacılar, mikro iğneler yoluyla GA3’ün verilmesinin, büyümeyi teşvik etmede geleneksel yöntemlerden (yapraktan püskürtme gibi) daha etkili olduğunu bulmuşlardır. Daha sonra genetik yöntemler kullanarak etkinliği doğruladılar ve tekniğin sebze, tahıl, soya fasulyesi ve pirinç dahil olmak üzere çeşitli bitki türlerine uygulanabileceğini gösterdiler.
Makalenin ortak yazarı, DİSTAP baş araştırmacısı ve MIT’te İnşaat ve Çevre Mühendisliğinden Doç. Benedetto Marelli, “Teknik, israftan muzdarip olan mevcut tarımsal kimyasal dağıtım yöntemlerine kıyasla kaynak tasarrufu sağlıyor. Uygulama sırasında, mikro iğneler doku bariyerlerini kırar ve tarımsal kimyasal kayıplardan kaçınarak doğrudan bitkilerin içindeki bileşikleri serbest bırakır. Teknik ayrıca, kullanılan tarımsal kimyasal miktarların hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlayarak, verimi optimize etmek için yüksek teknolojili hassas tarım ve mahsul büyümesini sağlar. ”
Makalenin ilk yazarı ve MIT’te İnşaat ve Çevre Mühendisliği Doktora sonrası Araştırmacı Dr. Yunteng Cao, “Türünün ilk örneği olan teknik, tarım endüstrisi için bir devrimdir. Ayrıca kaynak israfını ve çevre kirliliğini en aza indirir. Gelecekte, bir olasılık olarak otomatik mikro iğne uygulaması ile, teknik, hassas tarımsal kimyasal dağıtım ve hastalık yönetimi için yüksek teknolojili açık ve kapalı çiftliklerde kullanılabilir, ” diye ekledi.
Bu çalışmanın ilk yazarı ve Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS) ve TLL’den doktora adayı Sally Koh, “Bu çalışma aynı zamanda biyolojik materyallere bitki tepkilerini incelemek için genetik araçlar kullanmanın önemini de vurgulamaktadır. Bu yanıtları genetik düzeyde analiz etmek, bu yanıtların kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlar, böylece tarımsal gıda endüstrisinde kullanılabilecek gelecekteki biyomateryallerin geliştirilmesi için bir rehber olarak hizmet eder, ” dedi.
Makalenin eş yazarı, TLL baş araştırmacısı ve NUS Yardımcı Doçenti Profesör Daisuke Urano’nun ayrıntılı olarak açıkladığı gibi, gelecek umut verici görünüyor: “Araştırmamız, ipek bazlı mikro iğnelerin zirai kimyasal uygulama için kullanımını doğruladı ve tekniği geliştirmeyi ve mikro iğne tasarımını üretim ve ticarileştirme için ölçeklenebilir bir modele dönüştürmeyi dört gözle bekliyoruz.”
İpek mikro iğneler kullanan bitkilerde ilaç dağıtımı çalışması, MIT’de Prof. Benedetto Marelli tarafından denetlenen önceki araştırmaların üzerine genişletildi. Orijinal fikir SMART ve MIT tarafından tasarlandı: Prof. Marelli, DiSTAP’ta Eş Baş Araştırmacı Prof. Nam-Hai Chua ve Dr Yunteng Cao. TLL ve NUS’tan araştırmacılar, Prof. Urano Daisuke ve Sally Koh, biyolojik bakış açılarına katkıda bulunmak için çalışmaya katıldı. Araştırma, SMART tarafından yürütülmekte ve CREATE araştırma enstitüsü programı kapsamında Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) tarafından desteklenmektedir.
Kaynak : sciencedaily.com