|
Kana enjekte edilen
ilaçların hastalıklı hücrelere adrese teslim ve nokta atışı
ulaştığı zamanların eşiğindeyiz. Bizleri gereksiz bıçakaltı
işlemlerden ve ilaçların yan etkilerinden koruyacak, bakteri
ve nano robotların insanların iyiliği için işbirliği
yaptıkları tıbbi yöntemleri inceleyeceğiz.
Askerleri küçültüp mikro boyutlara getirebilecek teknolojinin
sırrına sahip bilim adamı Jan Benes, CIA ajanlarının
yardımıyla SSCB’den kaçar. Ancak bu esnada profesörü
Amerika’ya götüren konvoy KGB ajanları tarafında saldırıya
uğrar. Kafasına darbe alan Benes’nin beyninde ne yazık ki bir
pıhtı oluşur. Bir grup bilim adamı ve teçhizatlı askerler
Benes’nin beynindeki tıkanıklığı açmak için küçültülerek
profesörün beynine doğru yola çıkarlar. Bu görevi başarıp
tekrar eski boyutlarına dönmek için sadece bir saatleri
vardır. Bir bilim kurgu filmi olan Olağanüstü Yolculuk’un
(Fantastic Voyage), minik bir geminin insan vücudundaki
hastalıklarla savaşmasının kurgulandığı 1966 yapımlı
senaryosunu okudunuz.
Bundan neredeyse 40 yıl sonra Kanada’nın Montréal Politeknik
Üniversitesi araştırmacıları aynı hedefe ulaşmak için kolları
sıvadılar. Bu tarz bir gemi yaratmak için 70li ve 80li
yılların klişe bilim kurgu teknolojisi olan küçültücü lazer
ışınlarını kullanmadılar. İzledikleri yöntem nanoteknoloji
sayesinde ürettikleri mikroskopik (bir saç telinden çok daha
ince) aletleri damarlarımız içerisine vererek, doğrudan
hastalığın merkezine yönlendirme üzerine kurulu. Bu sıradışı
yöntemle ilaçların kanserli dokulara adrese teslim
gönderilmesi ve böylece sağlıklı hücrelerin bundan zarar
görmemesi mümkün. Ayrıca ameliyatsız, kesiksiz ve kansız bir
işlem. Özellikle kanser tedavisi başta olmak üzere, neredeyse
tüm tıbbi yöntemleri kökten değiştirebilecek olan bu
yaklaşımın 2008′den 2012 yılına kadar gelişimine göz atacağız.
Makaledeki tüm gelişmelerin arkasında yatan beyin Kanada
Montréal Politeknik Üniversitesi bilgisayar mühendisliği
profesörü Sylvain Martel. Martel’in araştırmalarının temelinde
yatan teknik aslında basit bir nakliyat işini andırıyor.
Damarlarımızdaki kan içerisinde rahatça dolaşan bir bakteri
kirala, ilaçları bakteriye yükle, hastalığın adresini ver ve
nakliyat sonlandığında bakteriyle işin bitsin. Ancak ne yazık
ki bakteriler kredi kartı kabul etmiyorlar.
Bu yüzden Profesör Martel, oldukça sıradışı bir fikir
geliştiriyor. Kanda yüzebilen, canlı bakterileri alarak onlara
mikroskopik boncuklar ekliyor. Bu boncuklar yük taşımak için
ideal boyutlarda. Bu sayede bakterileri birer kamyonete
çeviriyor. Martel’den önce de bu fikir vardı, ancak diğer
bilim insanları bu bakterilerin kendi kendilerine yüzme
özelliklerinden faydalanmaya çalışıyorlardı. Martel’in
sıradışı fikri ise, bu minik kamyonları manyetik rezonans
görüntüleme (MRI) yardımıyla kendi kontrolüyle sürüyor
olmasıydı. Bunun için Martel doğal halinde manyetik zerreler
(tanecikler) barındıran bakteriler kullanmayı düşündü. Doğada
bu zerreler bakterilerin derin sularda oksijenden
uzaklaşacakları şekilde ilerlemelerine yardımcı oluyorlar.
Aynen bir pusulanın iğnesinin doğrultusunu kullanma
prensibimiz gibi. İşte bu noktada MRI aleti devreye giriyor.
MRI ile yaratılacak yapay manyetik alan sayesinde bu
bakterilerin istenilen doğrultuda ilerlemesi sağlanıyor. Bu
sebeple Martel bu bakterilerini nanobot olarak nitelendiriyor.
Bahsi geçen bakteriler flagella adındaki kuyruklara sahip ve
hızlı bir şekilde kan içerisinde yüzebiliyorlar. Her bir
bakteri iki mikron çapında olduğundan insan vücudundaki en
küçük damara bile rahatça sığabiliyor. 2008 yılında 150
nanometre büyüklüğünde olan bu römork boncuklarıyla ilk olarak
antikor hücreleri taşımak üzere tasarlandı. Doğadan
esinlenmekten de öte, doğayı kullanan bu yöntemde temel
amaçlardan biri de boncuk hacminin büyütülmesi. Bu boncukların
boyutlarının büyümesi daha çok madde taşınabilmesi anlamına
geliyor. Yani kamyondan, tıra geçiş yapmak gibi. Sonuç:
Deneylerde saniyede 10 santimetre ilerleyen bakterilerle, bir
domuzun şahdamarında 1.5 milimetrelik bir boncuğu taşıtmayı
başardı (1).
Bu bakterilerin bir dezavantajı, geniş damarlarda kendi
başlarına yüzemiyor oluşları. Debiye karşı koyabilecek kadar
kuvvetli değiller. Bu yüzden araştırmacılar bakterileri de
içinde taşıyacak büyüklükte manyetik olarak kontrol edilebilen
bir aracı hastalıklı bölgeye kadar taşımayı önerdiler. Bir
çeşit polimerden yapılan bu araç bakterileri salıverdikten
sonra kanda çözünüyor. İçerdiği nano taneciklerle kontrol
edilebilen bu araç saniyede yaklaşık 200 mikron hızla
ilerleyebiliyor ve saniyede 30 defa yönü değiştirilebiliyor
(2).
Bu araştırmaya gelen eleştiriler kanda çözünen manyetik
partiküllerin nasıl kandan uzaklaştırılacakları ve
bakterilerin hedefe ulaşmadan vücudun bağışıklık sistemi
tarafından yok edilip edilmeyeceği üzerine. Ancak Mantel
deneylerde çıkan sorunçların bu tarz bir durumu yansıtmadığı
ve bakterilerin bağışıklık sistemi tarafından zaten henüz
tanınmadığı için nanobotların rahatlıkla hedefe ulaşacak kadar
vakitleri olduğu yönünde görüş bildiriyor.
Bakteriler illa gerekli mi?
Peki ama bu nanobotlar neden bakterilere ihtiyaç duyuyor?
Neden bilim insanları kendi pervanelerine sahip robotlarla
antikorları veya ilaçları hasta bölgelere taşıyacak bir
düzenek tasarlamıyorlar? Aslında bu mümkün. Bu tarz robotlar
zaten tasarlanmış durumda. Ancak sorun bu robotlara gerekli
olan gücü sağlayacak bir düzeneğin (örn:pil) henüz
keşfedilmemiş olması. Ayrıca, büyük çaplı sistemlerde (örn:
denizaltı, gemi) etkin olan tahrik sistemleri ve yüzme
hareketlerinin mikro çaplı sistemlerde çok daha karmaşık
olması. Bu sebeple robotları kontrol etmek oldukça güçleşiyor.
İşte bu yüzden işinin ehli olan ve milyonlarca yıldır en iyi
bildiği işi yapan bakteriler kullanılıyor. Seçilen bakteri,
MC-1 adı verilen, dönen kırbaçımsı kuyruğu sayesinde çoğu
türden 10 kat daha hızlı yüzebilen, ve saniyede 200 mikrometre
hızlara çıkabilen bir bakteri.
Aynı grubun 2009 yılında sıçanlar üzerinde yaptığı deneylerde
50 mikrolitrelik bakteri içeren bir çözeltiyi enjekte
ettiklerini ve ne bakterilerin hayvanlara zarar verdiğini, ne
de bakterilerin genel olarak zarar gördüğü gözlenmiş.
Zehirlenmeye sebebiyet vermeden yaklaşık 40 dakika sonra kan
içerisinde öldükleri ve daha sonra da bağışıklık sistemi
tarafından temizlendiği belirtilmiş (3).
Bakterileri robota dönüştürmek
2010 yılında aynı araştırma ekibi bu sefer akıllara zarar
bir demonstrasyona imza atıyorlar. Bakterileri
mikro-manipülasyon işleri için kullanıp mikro-robotları
sürmelerini sağlıyorlar. Bu deneyin sonunda bize göstermek
istedikleri şey, bu bakterilerin sadece basit nakliyat işleri
için kullanmak zorunda olmadıkları. Eğer doğru şekilde kontrol
edilebilirlerse, ilaç taşımanın yanında patojenleri
algılamakta, farmakolojik ve genetik testleri bulundukları
yerde ifşa edebilecek mikro laboratuvarlar inşa etmekte
bakterileri kullanmanın mümkün olabileceğini kanıtlamak
istiyorlar. Bunun için de bakterilere Mısır’daki Djoser
piramidini örnek alan bir mikro-piramit inşa ettiriyorlar.
5000 bakterisinin bir sürü halinde çalıştıkları ve sadece
minik epoksi tuğlalar kullarak 15 dakikada bir piramit
oluşturdukları videoyu aşağıda seyredebilirsiniz (4):
Her bir bakteri 4 pikoNewtonluk kuvvet uygulayabilecek kuyruk
organellerine sahip. Tek başına küçük olmasına karşın 5000
tanesini birlikte çalıştırdığınız zaman bir piramit
yaptırabiliyorsunuz.
Hayvanlar üzerindeki ilk klinik deneyler
2011 yılının başında Mantel ve ekibi, hazırladıkları tüm
sistemi gerçek anlamda ilk kez bir canlıda denediler, tek bir
farkla bu kez bakterileri es geçtiler. MRI kullanarak
yönlendirdikleri bir mikro taşıyıcı sistemi karaciğerinde
tümör olan bir tavşana doxorubicin adlı bir kemoterapi ilacı
taşımak için kullandılar. Bu taşıyıcı sistem iddia edildiği
gibi vücut içerisinde yok olacak cinste bir polimerden
üretilmişti. Polimerin tasarımı, farklı hızlarda çözünecek
şekilde yapılmıştı, böylece yeterli dozda ilaç iletimi
sağlanıyordu. Her bir taşıyıcının yüzde otuzu manyetik nano
taneciklerken kalan yüzde yetmişi ilaçtı. Mantel sadece
kemoterapi değil, radyoterapi ilaçları olan radyoaktif
maddelerin de iletiminin mümkün olduğunu belirtti (5).
Bazı kan damarları “Y” şeklinde çatallandıklarından geleneksel
ilaç iletim sistemlerinin yaklaşık yüzde 50 ihtimalle tümörlü
dokunun olduğu yöne, yüzde 50 ihtimalle de karaciğerin
alakasız bir bölgesine gidip yan etkiye sebebiyet veriyorlar.
İşte Mantel’in bu sistemi manyetik kontrolü sayesinde hiçbir
çatallanmadan etkilenmeyecek bir özelliğe sahip olduğu için
fark yaratıyor. Ayrıca hiçbir kan damarına zarar vermiyor.
Geleneksel kemoterapide kateter (sonda) ile yapılan bir ilaç
sevkiyatı, kateterin tümöre çok yaklaşıncaya kadar karaciğerin
dibine kadar sokulması ve bu sırada da tabii ki bir çok damara
zarar verilmesi anlamına geliyor. Bu sebeple de hastalar
günlerce, hatta haftalarca damarlarının iyileşmesini
bekliyorlar ki, yeni bir doz daha alabilsinler. Ancak manyetik
mikrotaşıyıcı robotlar kullanıldığında, sondanın damarlara bu
kadar yakınlaşmasına gerek kalmıyor. Zarar görmeyen damarlar
sayesinde de hasta arka arkaya günler içerisinde birçok dozu
az az ancak hızlı bir şekilde alabiliyor. Bu şekilde de
kimyasal zehirlenmelerin önüne geçiliyor.
Ekip, 2011 yılının sonunda tekrar bakterili nanobot sisteminin
testlerine yöneldi. Ancak Mantel’in görüşüne göre bu metodlar
her ne kadar hayvanlar üzerinde etkili olsa da pratik
hayatımızdaki uygulamalarından 4-7 yıl uzaktayız.
Not: Konuyla ilgili daha fazla bilgi sahibi olmak
isteyenlere Sylvian Mantel’in İngilizce altyazılı Fransızca
bir TEDx sunumunu seyretmelerini öneriyorum.
KAYNAKCA:
1)
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v90/i11/p114105_s1?isAuthorized=no
2) http://www.technologyreview.com/computing/21619/?a=f
3)
http://www.newscientist.com/article/dn17071-bacteria-take-fantastic-voyage-through-bloodstream.html
4) Sylvain Martel, Mahmood Mohammadi: A robotic
micro-assembly process inspired by the construction of the
ancient pyramids and relying on several thousand flagellated
bacteria acting as micro-workers. Intelligent Robots and
Systems, pp 426-427, 2009.
5)
http://www.healthimaginghub.com/feature-articles/digital-radiography/2945 |
