Akıllı Kapsüllerin İnsan Bedenindeki Yolculuğu

Konusu 'Biyoloji' forumundadır ve RüzGaR tarafından 18 Nisan 2009 başlatılmıştır.

  1. RüzGaR Super Moderator


    Akıllı Kapsüllerin İnsan Bedenindeki Yolculuğu

    Akıllı kapsüllerin insan bedenindeki yolculuğu; bilim kurgu filmleri ile bilişim teknolojilerinin birlikteliği insan yaşamında devrimsel tesirleri oluşturan büyük projelere damgasını vurmaya devam etmektedir. bilişim dergisinin 82. sayısında yer alan “ bilgisayar takviyeli insanlar(verichip) “ başlıklı yazıda anlatılan; insan bedenine yerleştirilen entegre devrelerle hastanın izlenmesi hastadan elde edilen verilerin depolanması , değerlendirilmesi ve bu teknolojinin güvenlik hedefli da kullanılabileceğinden söz etmiştik. bu yazımızda ise vücut içinde dolaşan ve hastalıklı hücreleri saptayan ve bu hücrelerle savaş açarak yok eden akıllı nano-kapsül (nano-capsule)’lerden söz edeceğiz.

    bu çalışmanın ilham kaynağının 1960 larda tanınmış film yıldızı raquel welsh ve arkadaşlarının rol aldığı bir mikro denizaltı ile insan vücudunda yaptıkları yolculuğu husus alan “fantastik yolculuk” filminin olduğu düşünülebilir. filmdeki denizaltının yerini alan mikrochip’li kamera içeren bir kapsül vücutta dolaşarak elde ettiği görüntüleri ve bulguları araştırma merkezindeki bilgsayar sistemlerine iletmektedir. bu kapsül vücuttaki sağlıksız dokuları ve yabancı olguları yok edecek silahlarla donatılıp bunları lazım durumlarda harekete geçirmek amacıyla geliştirilmişlerdir.

    bu teknoloji harikası kapsüllerin geliştirilmesi hiç kuşkusuz insanlığın baş belası kanser in tanı ve tedavisindeki başarı için büyük umutlar oluşturmaktadır. nasa ve abd ulusal kanser enstitüsü bu umutları bilimsel gerçeğe dönüştürmek amacıyla bir ortak proje başlatmışlardır.
    bu benzersiz ortaklığı kuvvetlendirmek amacıyla nasa yöneticisi daniel goldin ve ulusal kanser enstitüsü yöneticisi dr. richard klausner bir anlaşma imzalayarak dünyada ve uzayda hastalıkları tespit, teşhis ve tedavi edebilecek biyomedikal teknolojiler geliştirme konusunda kurumlarının işbirliği yapmalarına karar vermişlerdir. bu tür teknolojilerin geliştirilmesi ile dünya üstünde yaşayan insanların yaşam kalitesi geliştirilecek ve bu çalışmalar gelecekte tıp ve uzay yolculukları alanında büyük gelişmelere yol açılacaktır.

    bu ortak birliktelik nasa ve ulusal kanser enstitüsü(ncı) için mevcut teknolojide gelişmelere öncülük etme konusundaki tarihsel rollerini tatmin edici bir fırsat oluşturmaktadır. ncı, ilk kez tümörlerin birbirlerinden değişik moleküler karakteristiklerini baz alarak kanseri tanımlama amacındadır. nasa ise hasta bakımında yepyeni bir yol (“mikroskobik tarayıcılar”) olan ve hasta vücudun tamamını dolaşarak hastalığı arayan bir strateji geliştirmeyi amaçlamaktadır. bu teknoloji ile nasa astronotların sağlık durumlarını gözleyebilecek, dünya ile iletişimin ve medikal test kapasitesinin kısıtlı olduğu uzay ortamında, bulunmakta olan hastalığı tedavi edebilme yoluna gidebilecektir.

    kanser, bir hücrenin kontrol dışı çoğalmaya başlaması ile ortaya çıkar. ilk safhalarda tümör yalnızca o bölgede gelişir, bunu yok etmek için kullanılan yöntemlerden biri olan kemotrapi (ilaçla tedavi yöntemi) bütün vücudu tesirler. kanserli hücreler diğer sağlıklı hücrelerle beraber öldürülmeye başlanır ve hastada mide bulantısı saç dökülmesi güçsüzlük gibi sıkıntılarla sık sık karşılaşılır.

    noktasal mücadelede bulunacak bir silah geliştirebilmek için nasa’daki bilim adamları nano-boyutlu kapsüller ile hasar görmüş dna’ları tespit etmeye çalışmaktadırlar. dna’lar hücresel etkinlikleri kontrol eden moleküllerdir. aranan hücrelerin yeri belirlendiğinde kapsül ya bu hücreleri iyileştirme yolunu ya da “fantastik yolculuk” filminden bir sahne gibi. kapsül (insan hücresinden çok daha ufak boyutta) kan akışına karışarak hastalıklı hücreleri avlamaya çıkacak, membranlarından içeri girip belirli dozlarda ilacı içeriye bırakacak. bu hollywood yapımı bir film değil, gerçek bilim!
    nasa’nın finansal olarak desteklediği araştırmacılar bu senaryoyu gerçekliğe dönüştürmeye başladılar. şayet başarı kaydedilirse bu bilim adamlarının gelistirdikleri kapsüller (nano-partikül veya nano-kapsül adını alan) diğer bir bilim kurgu hikayesinin de gerçekleşmesinin temelini atacak: mars’ın insanlar tarafından taranabilmesi ve uzun-dönemde uzayda yerleşik hayat kurabilme.

    araştırmacıların ilk amacı uzay uygulamaları da olsa nano-kapsüller başta kanser tedavisi olmak üzere farklı tıp alanları için önemli potansiyeller taşımaktadırlar. kanserli hücrelerin içerisine direk olarak tümör öldürücü zehirli madde sokma fikri çok umut vaad etmektedir. bu durum tıp çevrelerinde kemoterapinin zarar verici etkilerine karşı olabildiğince fazla ilgi uyandırmıştır.

    teksas üniversitesi tıp fakültesi’nde görevli james leary, “bu nano-kapsüllerin hedefi yeni bir tür terapi ortaya koymaktır. insanların hücrelerinin içerisine birer birer girerek onları onarma, şayet onarım edilemeyecek kadar çok hasar görmüşse onları yok etme şansını sunmaktadır.” leary bu çalışmayı çeşitli üniversitelerden katılan değerli bilim adamları ile birlikte yürüten gruba dahildir.

    proje, kanserle ilgili sorunlara odaklanacaktır. bundan başka astronotların uzayda maruz kaldığı yüksek radyasyon düzeyi, dünyayı çevreleyen koruyucu manyetik şemsiyeden çıkılarak yapılmak zorunda olunan mars ve ay yolculuklarında ortaya çıkabilecek sağlık problemleri gibi sorunlar de araştırılmaktadır.

    uzay araçlarında kullanılan ve astronotların radyasyona maruz kalmasını önlemek için geliştirilen ileri teknolojili materyaller bile bu konuda yetersiz kalmaktadır. fotonlar ve partiküller astronotların vücuduna birer kurşun gibi girip takip ettikleri yol boyunca parçalanarak tesirlerini artırmaktadırlar. bu radyasyon yüzünden dna zarar gördüğünde hücreler kontrol edilemez bir biçimde bölünmeye başlayabilirler ve bu durum kanser riskini çoğaltır. leary, bunun önemli bir sorun olduğunu ifade ediyor. éğer birgün insanlar uzayda yaşayacaksa kendilerini radyasyondan korumanın daha iyi bir yolunu bulmak durumundadırlar.”

    kalkan yöntemi yalnız olarak aktif olmadığı için bilim adamları astronotların radyasyona daha dirençli olmasını sağlayacak bir yol bulmak durumundadırlar. nano-partiküller faydalı bir çözüm sunmaktadır. ilaç taşıyıcı kapsüller çok incedir. (sadece birkaç yüz nanometre ve bakteriden daha ufak. hatta görülebilir ışığın dalga uzunluğundan bile küçük. bir nanometre milimetrenin bir milyonda biridir.) deri altına bir iğne ile enjekte edildiğinde insanın kan akımına bu partiküllerden milyonlarcası bırakılabilir. bir kez içeriye girince bu partiküller vücudun doğal hücresel sinyal sistemini kullanarak radyasyon hasarı görmüş hücrelerine ulaşabilirler.

    insan vücudundaki trilyonlarca hücre zarlarının dışında bulunmakta olan kompleks moleküller sayesinde birbirini tanıyıp iletişim kurabilmektedirler. bu moleküller kimyasal birer “bayrak”taşıyormuşcasına hareket ederek diğer hücrelerin dikkatini çekip iletişim kurarlar yada kimyasal birer “güvenlik kapısı” gibi çalışarak kan akışından gelen maddelerin (hormonlar gibi) hücrelere girişini kontrol ederler.

    hücreler radyasyon hasarı gördüğünde “cd-95” adı verilen bir tür protein üreterek çeperlerinin dışına yerleştirirler ve kendilerini işaretlerler. leary’ye göre bu hücrelerin arasındaki konuşma dilidir ve “hey, ben hasarlıyım!” anlamına gelmektedir. nanopartiküllerin dış kısmına bu “cd-95” sinyalini algılayabilecek moleküller yerleştirilebilirse bilim adamları partiküllerin radyasyon hasarı görmüş hücreleri bulmalarını sağlayabilirler. şayet radyasyon hasarı çok ise nanopartiküller hücreye girerek apoptosis olarak bilinen ve “kendi kendini yok etme süreci” olan işlemleri başlatabilirler. şayet hasar az ise dna onarım edici enzimleri bırakarak hücreyi onarım edebilir ve normal fonksiyonuna kavuşturabilirler.

    insanlar ve diğer organizmalarda dna hasarlarını onarım etmeye yönelik doğal enzimler bulunmaktadır bunlardan bazıları diğerlerine göre daha iyi çalışmaktadırlar. leary, “bazı organizmalar yüksek radyasyonu emerek (absorb) olabildiğince başlarılı neticeler elde edebilirler” demektedir. bu türler üstünde yapılacak çalışmalar sayesinde nanopartiküllere yerleştirilecek dna onarım enzimleri geliştirilebilir.

    leary ve arkadaşları nanomoleküllere floresan molekülleri eklemenin yollarını da araştırmaktalar. bu sayede çeşitli konumlarda değişik renkte ışıklar yayarak süreç belirlemesi yapılabilecektir. bu floresanlar sayesinde nanopartiküllerin vücut içerisindeki konumları da gözlemlenebilecektir. “radyasyon hasarının derecesini ölçmek için bir astronot gözlük benzeri bir aksesuar takacak ve ışıldayan nanopartiküller, vücut ortamı içerisinde kendilerini göstereceklerdir.” diyor leary. benzer teknolojilerden kullanımda olan vardır (çeşitli hastalıklardan kaynaklanabilecek retinadaki değişimleri görebilmek için kan akışındaki değişimleri ölçen teknikler vardır). nasa bu tür gelişmeleri astronotlar tıpkı zamanda kendi kendilerinin hekimleri da olduğu için desteklemektedir. esasında astronotlar bu gözlükleri takıp kan akışlarında neler olup bittiğini görebilecekler. şayet tedaviye ihtiyaçlarının olduğunu fark ederlerse dei altına bir iğne ile ideal nanopartikülleri enjekte ederek kendilerini tedavi edebilecekler.

    nanopartikül teknolojisi olabildiğince yeni bir teknoloji olduğundan biyosensor ve ilaç verilmesi gibi duyarlı alanlardaki tesirlerinin tam olarak bilinebilmesi, olgunlaşması için bir miktar zamana gereksinim vardır. fakat bu durum bir fantezi değildir. bu fikrin her bir bileşeni birbirlerinden bağımsız uygulamalar olarak test edilmişdir (dna onarım enzimleri, nanopartiküller, florasan işaretçiler gibi). burada zor olan şey hepsinin uyum içerisinde çalışmasını sağlamak olacaktır. leary, “bu olabildiğince zor bir sorun ve bütün bunları gerçekleştirmek üç yıldan önce olmayacak gibi görünüyor. olabildiğince yenilikçi bir alanda çalışmaktayız ve işin keyifli olan tarafı da bu” demektedir.

    nasa bu kapsülleri, dünyanın dışındaki elektromanyetik koruyucunun ötesinde bulunmakta olan zararlı radyasyon tesirlerini ölçmek için kullanmayı planlamaktadır. radyasyon bir uzay mekiğinin içerisine süzülüp astronotların vücutlarındaki hücrelere nüfuz edebilir. bu yolu izlerken radyasyon bazı dna’ların yapısını da etkileyebilir. üç üniversitede nasa tarafından desteklenen araştırmacılar yüksek seviyeli radyasyondan etkilenmeyen enzimlerin kullanıldığı nano-kapsülleri geliştirmek için çalışmalarını sürdürmektedirler.

    benzer bir çalışmada ise araştırmacılar yaptıkları ultra ince nano-boyutlu araçlar ile kanser hücrelerinin içerisine girip onları öldüren radyoaktif izotopları açığa çıkaran araçlar geliştirdiler. bu araç hayvanlar üstünde aktif olarak kullanıldı ve insan denemelerinin de yakın zamanda yapılacağı söyleniyor. new york’daki memorial sloan-kettering enstitüsü’ndeki hematopoietik kanser immünokimya laboratuarı başkanı dr. david a. scheinberg. hayvanlarda ve hatta insanlardaki tümör hücrelerinin içerisinde yada üstünde radyoaktif izotoplar (alfa parçacıkları) oluşturan bir araç geliştirmenin metodunu bulduklarını ifade ediyor .bu araçta, yüksek potansiyelli radyoaktif bir atom, moleküler bir kafesin içerisine yerleştirilmiş olarak bulunmaktadır. konak araç vazifesindeki bir antikora entegre edilen bu kafes, nanogenerator adı verilen maddeyi kanser hücrelerine götürüyor. aktinyum-225 adı verilen olabildiğince kuvvetli bu atom, silah yapımında kullanılan uranyumun bir yan ürünüdür ve a.b.d. enerji departmanının araştırmacıları tarafından bulunmuştur. kanser hücresinin içerisine giren aktinyum burada parçalanarak yüksek enerjili alfa parçacıklarını bırakır. bu parçacıklar hücre dna ve proteinlerini yıkma potansiyeline sahiptir. araştırmacıların bu aracı jeneratör (generator) olarak adlandırmalarının nedeni; aktinyum üç değişik “yavru atom” oluşturmakta ve her bir yavru atom kendi alfa taneciğini bırakmaktadır. “bu biçimde her bir atom için dört partikül topluyoruz. diğer bir avantaj da bu atomlardan elde edilen radyasyon türünün çok yüksek enerjili olmasına karşın kısa bir mesafeyi katettiği için izotopların yarattığı zararın yalnızca çok ufak bir bölgede etkili olmasıdır. bu durum seçerek öldürme avantajını sağlamaktadır. çevredeki hücrelere verilen zarar olabildiğince azdır.” diyor scheinberg

    araştırmacılar bu “truva atı” yaklaşımını lenfoma, lösemi, yumurtalık, göğüs ve prostat kanseri gibi bazı farklı kanser türlerine karşı test ettiler. prostat kanserli ve geniş lenfomalı farelerde nanojeneratör ler kullanıldı. çok sayıda hayvanda jeneratörün “uzun dönemli yaşamda kalmaya” yol açtığı ve çoğu hayvanda düşük dozla yapılan tek bir uygulamanın hayat döngüsünü uzattığı gözlemlendi.turkeyarena.com

    scheinberg, “eğer konsantrasyon yada potansiyel artırılırsa toksiklik riski de artacaktır. hayvan deneyleri hiçbir yan toksik etkinin olmadığını gösterdi. insanlarda yapılan denemeler nanojeneratörün ne kadar güçlü olduğunu gösterecektir.” dedi. kullanılan moleküler kafes jeneratör atomunun etrafına elin beyzbol topunu kavradığı gibi yerleştirilmiştir ve kimyasal bir ring ile çevrelemektedir. scheinberg, kafesin antikora kancalandığını söylemektedir. bu dizayn sayesinde araştırmacılar ultra-küçük dozları kullanabilmektedirler çünkü amaca yönelik çalışma imkanı sunulmaktadır. şayet atom hücrenin dışında olsaydı dna’yı yok edici alfa partikülleri tümör içerisine doğru yalnızca kısa bir müddet nüfus edebilecekti. hücrenin içerisine sokma stratejisi sayesinde alfa partiküllerinin amacı tam olarak vurması garantilenmiştir.

    ohio state üniversitesi’nde moleküler biyokimyacı olarak çalışmakta olan stephen lee, “bu fikir olabildiğince etkileyici fakat kanser biyolojisi ile ilgilenen kişilerin eskiden beri söyleye geldikleri bir söz vardır ve buna göre her şey farede denenince çok iyi netice verir!” diyor. “bu yöntemin insanın tedavi koşullarında nasıl çalışacağını vakit gösterecek” diye ekliyor. lee’ye göre diğer bir teknik sorun de belirlenen tümörü direk olarak hedef alıp bulabilecek ve diğer hücrelere doğru yönlenmeyecek antijeni bulmak. ek olarak nanojeneratörün tam olarak tümörün içerisine nüfuz edip etmemesi de üstünde çalışılması gereken bir husus.

    yaşamımızı olağan üstü kademede etkileyen bilişim teknolojileri dünün bilim kurgu film lerindeki senaryoların ötesinde buluşlara imza atılmasını sağlarken, gelecek on yılda hayal bile edemediğimiz buluşları destekleyecektir. önemli olan bu teknolojileri sadece insanlığın yararına kullanmak, pekçok buluşta olduğu gibi fonksiyon kaymasına uğratıp toplumsal yada şahsi yıkımlara yol açmasına ortam hazırlamamaktır.
     



Sayfayı Paylaş