AKILLI KAPSULLERİN İNSAN BEDENİNDEKİ YOLCULUĞU
(Nano-Capsule)


Bilim kurgu filmleri ile bilişim teknolojilerinin birlikteliği insan yaşamında devrimsel etkileri oluşturan buyuk projelere damgasını vurmaya devam etmektedir. Bilişim Dergisinin 82. sayısında yer alan “ Bilgisayar Destekli İnsanlar(Verichip) “ başlıklı yazıda anlatılan; İnsan bedenine yerleştirilen entegre devrelerle hastanın izlenmesi hastadan elde edilen verilerin depolanması , değerlendirilmesi ve bu teknolojinin guvenlik amaclı da kullanılabileceğinden soz etmiştik. Bu yazımızda ise vucut icerisinde dolaşan ve hastalıklı hucreleri saptayan ve bu hucrelerle savaş acarak yok eden akıllı nano-kapsul (nano-capsule)’lerden soz edeceğiz.

Bu calışmanın İlham kaynağının 1960 larda unlu film yıldızı Raquel Welsh ve arkadaşlarının rol aldığı bir mikro denizaltı ile insan vucudunda yaptıkları yolculuğu konu alan “Fantastik Yolculuk” filminin olduğu duşunulebilir. Filmdeki denizaltının yerini alan mikrochip’li kamera iceren bir kapsul vucutta dolaşarak elde ettiği goruntuleri ve bulguları araştırma merkezindeki bilgsayar sistemlerine iletmektedir. Bu kapsul vucuttaki sağlıksız dokuları ve yabancı olguları yok edecek silahlarla donatılıp bunları gerekli durumlarda harekete gecirmek amacıyla geliştirilmişlerdir.

Bu teknoloji harikası kapsullerin geliştirilmesi hic kuşkusuz insanlığın baş belası kanser in tanı ve tedavisindeki başarı icin buyuk umutlar oluşturmaktadır. Nasa ve ABD Ulusal Kanser Enstitusu bu umutları bilimsel gerceğe donuşturmek amacıyla bir ortak proje başlatmışlardır.
Bu benzersiz ortaklığı kuvvetlendirmek amacıyla NASA yoneticisi Daniel Goldin ve Ulusal Kanser Enstitusu yoneticisi Dr. Richard Klausner bir anlaşma imzalayarak dunyada ve uzayda hastalıkları tespit, teşhis ve tedavi edebilecek biyomedikal teknolojiler geliştirme konusunda kurumlarının işbirliği yapmalarına karar vermişlerdir. Bu tur teknolojilerin geliştirilmesi ile dunya uzerinde yaşayan insanların yaşam kalitesi geliştirilecek ve bu calışmalar gelecekte tıp ve uzay yolculukları alanında buyuk gelişmelere yol acılacaktır.

Bu ortak birliktelik NASA ve Ulusal Kanser Enstitusu(NCI) icin mevcut teknolojide gelişmelere onculuk etme konusundaki tarihsel rollerini tatmin edici bir fırsat oluşturmaktadır. NCI, ilk kez tumorlerin birbirinden farklı molekuler karakteristiklerini baz alarak kanseri tanımlama amacındadır. NASA ise hasta bakımında yepyeni bir yol (“mikroskobik tarayıcılar”) olan ve hasta vucudun tumunu dolaşarak hastalığı arayan bir strateji geliştirmeyi amaclamaktadır. Bu teknoloji ile NASA astronotların sağlık durumlarını gozleyebilecek, dunya ile iletişimin ve medikal test kapasitesinin kısıtlı olduğu uzay ortamında, bulunan hastalığı tedavi edebilme yoluna gidebilecektir.

Kanser, bir hucrenin kontrol dışı coğalmaya başlaması ile ortaya cıkar. İlk safhalarda tumor sadece o bolgede gelişir, Bunu yok etmek icin kullanılan yontemlerden biri olan kemotrapi (ilacla tedavi yontemi) tum vucudu etkiler. Kanserli hucreler diğer sağlıklı hucrelerle beraber oldurulmeye başlanır ve hastada mide bulantısı sac dokulmesi gucsuzluk gibi sıkıntılarla sıkca karşılaşılır.

Noktasal mucadelede bulunacak bir silah geliştirebilmek icin NASA’daki bilim adamları nano-boyutlu kapsuller ile hasar gormuş DNA’ları tespit etmeye calışmaktadırlar. DNA’lar hucresel aktiviteleri kontrol eden molekullerdir. Aranan hucrelerin yeri belirlendiğinde kapsul ya bu hucreleri iyileştirme yolunu ya da “Fantastik Yolculuk” filminden bir sahne gibi. kapsul (insan hucresinden cok daha kucuk boyutta) kan akışına karışarak hastalıklı hucreleri avlamaya cıkacak, membranlarından iceri girip belirli dozlarda ilacı iceriye bırakacak. Bu Hollywood yapımı bir film değil, gercek bilim!
NASA’nın finansal olarak desteklediği araştırmacılar bu senaryoyu gercekliğe donuşturmeye başladılar. Eğer başarı kaydedilirse bu bilim adamlarının gelistirdikleri kapsuller (nano-partikul veya nano-kapsul adını alan) diğer bir bilim kurgu hikayesinin de gercekleşmesinin temelini atacak: Mars’ın insanlar tarafından taranabilmesi ve uzun-donemde uzayda yerleşik hayat kurabilme.

Araştırmacıların ilk hedefi uzay uygulamaları da olsa nano-kapsuller başta kanser tedavisi olmak uzere değişik tıp alanları icin onemli potansiyeller taşımaktadırlar. Kanserli hucrelerin icine direk olarak tumor oldurucu zehirli madde sokma fikri cok umut vaad etmektedir. Bu durum tıp cevrelerinde kemoterapinin zarar verici etkilerine karşı oldukca fazla ilgi uyandırmıştır.

Teksas Universitesi Tıp Fakultesi’nde gorevli James Leary, “Bu nano-kapsullerin amacı yeni bir tur terapi ortaya koymaktır. İnsanların hucrelerinin icine teker teker girerek onları tamir etme, eğer tamir edilemeyecek kadar cok hasar gormuşse onları yok etme şansını sunmaktadır.” Leary bu calışmayı ceşitli universitelerden katılan değerli bilim adamları ile birlikte yuruten gruba dahildir.

Proje, kanserle ilgili sorunlara odaklanacaktır. Ayrıca astronotların uzayda maruz kaldığı yuksek radyasyon seviyesi, Dunyayı cevreleyen koruyucu manyetik şemsiyeden cıkılarak yapılmak zorunda olunan Mars ve Ay yolculuklarında ortaya cıkabilecek sağlık sorunları gibi problemler de araştırılmaktadır.

Uzay araclarında kullanılan ve astronotların radyasyona maruz kalmasını onlemek icin geliştirilen ileri teknolojili materyaller bile bu konuda yetersiz kalmaktadır. Fotonlar ve partikuller astronotların vucuduna birer kurşun gibi girip takip ettikleri yol boyunca parcalanarak etkilerini artırmaktadırlar. Bu radyasyon yuzunden DNA zarar gorduğunde hucreler kontrol edilemez bir şekilde bolunmeye başlayabilirler ve bu durum kanser riskini coğaltır. Leary, bunun onemli bir problem olduğunu soyluyor. Éğer birgun insanlar uzayda yaşayacaksa kendilerini radyasyondan korumanın daha iyi bir yolunu bulmak durumundadırlar.”

Kalkan yontemi tek başına etkin olmadığı icin bilim adamları astronotların radyasyona daha direncli olmasını sağlayacak bir yol bulmak durumundadırlar. Nano-partikuller faydalı bir cozum sunmaktadır. İlac taşıyıcı kapsuller cok incedir. (Sadece birkac yuz nanometre ve bakteriden daha kucuk. Hatta gorulebilir ışığın dalga uzunluğundan bile ufak. Bir nanometre milimetrenin bir milyonda biridir.) Deri altına bir iğne ile enjekte edildiğinde insanın kan akımına bu partikullerden milyonlarcası bırakılabilir. Bir kez iceriye girince bu partikuller vucudun doğal hucresel sinyal sistemini kullanarak radyasyon hasarı gormuş hucrelerine ulaşabilirler.

İnsan vucudundaki trilyonlarca hucre zarlarının dışında bulunan kompleks molekuller sayesinde birbirlerini tanıyıp iletişim kurabilmektedirler. Bu molekuller kimyasal birer “bayrak”taşıyormuşcasına hareket ederek diğer hucrelerin dikkatini cekip iletişim kurarlar yada kimyasal birer “guvenlik kapısı” gibi calışarak kan akışından gelen maddelerin (hormonlar gibi) hucrelere girişini kontrol ederler.

Hucreler radyasyon hasarı gorduğunde “CD-95” adı verilen bir tur protein ureterek ceperlerinin dışına yerleştirirler ve kendilerini işaretlerler. Leary’ye gore bu hucrelerin arasındaki konuşma dilidir ve “Hey, ben hasarlıyım!” anlamına gelmektedir. Nanopartikullerin dış kısmına bu “CD-95” işaretini algılayabilecek molekuller yerleştirilebilirse bilim adamları partikullerin radyasyon hasarı gormuş hucreleri bulmalarını sağlayabilirler. Eğer radyasyon hasarı cok ise nanopartikuller hucreye girerek apoptosis olarak bilinen ve “kendi kendini yok etme sureci” olan işlemleri başlatabilirler. Eğer hasar az ise DNA tamir edici enzimleri bırakarak hucreyi tamir edebilir ve normal fonksiyonuna kavuşturabilirler.

İnsanlar ve diğer organizmalarda DNA hasarlarını tamir etmeye yonelik doğal enzimler bulunmaktadır bunlardan bazıları diğerlerine gore daha iyi calışmaktadırlar. Leary, “bazı organizmalar yuksek radyasyonu emerek (absorb) oldukca başlarılı sonuclar elde edebilirler” demektedir. Bu turler uzerinde yapılacak calışmalar sayesinde nanopartikullere yerleştirilecek DNA tamir enzimleri geliştirilebilir.

Leary ve arkadaşları nanomolekullere floresan molekulleri eklemenin yollarını da araştırmaktalar. Bu sayede ceşitli konumlarda farklı renkte ışıklar yayarak surec belirlemesi yapılabilecektir. Bu floresanlar sayesinde nanopartikullerin vucut icindeki konumları da gozlemlenebilecektir. “Radyasyon hasarının derecesini olcmek icin bir astronot gozluk benzeri bir aksesuar takacak ve ışıldayan nanopartikuller, vucut ortamı icinde kendilerini gostereceklerdir.” diyor Leary. Benzer teknolojilerden kullanımda olan vardır (ceşitli hastalıklardan kaynaklanabilecek retinadaki değişimleri gorebilmek icin kan akışındaki değişimleri olcen teknikler vardır). NASA bu tur gelişmeleri astronotlar aynı zamanda kendi kendilerinin doktorları da olduğu icin desteklemektedir. Aslında astronotlar bu gozlukleri takıp kan akışlarında neler olup bittiğini gorebilecekler. Eğer tedaviye ihtiyaclarının olduğunu fark ederlerse dei altına bir iğne ile uygun nanopartikulleri enjekte ederek kendilerini tedavi edebilecekler.

Nanopartikul teknolojisi oldukca yeni bir teknoloji olduğundan biyosensor ve ilac verilmesi gibi hassas alanlardaki etkilerinin tam olarak bilinebilmesi, olgunlaşması icin biraz zamana ihtiyac vardır. Fakat bu durum bir fantezi değildir. Bu fikrin her bir bileşeni birbirinden bağımsız uygulamalar olarak denenmiştir (DNA tamir enzimleri, nanopartikuller, florasan işaretciler gibi). Burada zor olan şey hepsinin uyum icinde calışmasını sağlamak olacaktır. Leary, “Bu oldukca zor bir problem ve tum bunları gercekleştirmek uc yıldan once olmayacak gibi gorunuyor. Oldukca yenilikci bir alanda calışmaktayız ve işin keyifli olan tarafı da bu” demektedir.


NASA bu kapsulleri, dunyanın dışındaki elektromanyetik koruyucunun otesinde bulunan zararlı radyasyon etkilerini olcmek icin kullanmayı planlamaktadır. Radyasyon bir uzay mekiğinin icine suzulup astronotların vucutlarındaki hucrelere nufuz edebilir. Bu yolu izlerken radyasyon bazı DNA’ların yapısını da etkileyebilir. Uc universitede NASA tarafından desteklenen araştırmacılar yuksek seviyeli radyasyondan etkilenmeyen enzimlerin kullanıldığı nano-kapsulleri geliştirmek icin calışmalarını surdurmektedirler.

Benzer bir calışmada ise araştırmacılar yaptıkları ultra ince nano-boyutlu araclar ile kanser hucrelerinin icine girip onları olduren radyoaktif izotopları acığa cıkaran araclar geliştirdiler. Bu arac hayvanlar uzerinde etkin olarak kullanıldı ve insan denemelerinin de yakın zamanda yapılacağı soyleniyor. New York’daki Memorial Sloan-Kettering Enstitusu’ndeki Hematopoietik Kanser İmmunokimya laboratuarı başkanı Dr. David A. Scheinberg. Hayvanlarda ve hatta insanlardaki tumor hucrelerinin icinde yada uzerinde radyoaktif izotoplar (alfa parcacıkları) oluşturan bir arac geliştirmenin metodunu bulduklarını soyluyor .Bu aracta, yuksek potansiyelli radyoaktif bir atom, molekuler bir kafesin icine yerleştirilmiş olarak bulunmaktadır. Konak arac vazifesindeki bir antikora entegre edilen bu kafes, nanogenerator adı verilen maddeyi kanser hucrelerine goturuyor. Aktinyum-225 adı verilen oldukca guclu bu atom, silah yapımında kullanılan uranyumun bir yan urunudur ve A.B.D. Enerji Departmanının araştırmacıları tarafından bulunmuştur. Kanser hucresinin icine giren aktinyum burada parcalanarak yuksek enerjili alfa parcacıklarını bırakır. Bu parcacıklar hucre DNA ve proteinlerini yıkma potansiyeline sahiptir. Araştırmacıların bu aracı jenerator (generator) olarak adlandırmalarının nedeni; aktinyum uc farklı “yavru atom” oluşturmakta ve her bir yavru atom kendi alfa taneciğini bırakmaktadır. “Bu şekilde her bir atom icin dort partikul topluyoruz. Diğer bir avantaj da bu atomlardan elde edilen radyasyon turunun cok yuksek enerjili olmasına rağmen kısa bir mesafeyi katettiği icin izotopların yarattığı zararın sadece cok kucuk bir bolgede etkili olmasıdır. Bu durum secerek oldurme avantajını sağlamaktadır. Cevredeki hucrelere verilen zarar oldukca azdır.” diyor Scheinberg

Araştırmacılar bu “Truva Atı” yaklaşımını lenfoma, losemi, yumurtalık, goğus ve prostat kanseri gibi bazı değişik kanser ceşitlerine karşı test ettiler. Prostat kanserli ve geniş lenfomalı farelerde nanojenerator ler kullanıldı. Cok sayıda hayvanda jeneratorun “uzun donemli hayatta kalmaya” yol actığı ve coğu hayvanda duşuk dozla yapılan tek bir uygulamanın hayat dongusunu uzattığı gozlemlendi.

Scheinberg, “Eğer konsantrasyon yada potansiyel artırılırsa toksiklik riski de artacaktır. Hayvan deneyleri hicbir yan toksik etkinin olmadığını gosterdi. İnsanlarda yapılan denemeler nanojeneratorun ne kadar kuvvetli olduğunu gosterecektir.” dedi. Kullanılan molekuler kafes jenerator atomunun etrafına elin beyzbol topunu kavradığı gibi yerleştirilmiştir ve kimyasal bir ring ile cevrelemektedir. Scheinberg, kafesin antikora kancalandığını soylemektedir. Bu dizayn sayesinde araştırmacılar ultra-kucuk dozları kullanabilmektedirler cunku hedefe yonelik calışma imkanı sunulmaktadır. Eğer atom hucrenin dışında olsaydı DNA’yı yok edici alfa partikulleri tumor icine doğru sadece kısa bir sure nufus edebilecekti. Hucrenin icine sokma stratejisi sayesinde alfa partikullerinin hedefi tam olarak vurması garantilenmiştir.

Ohio State Universitesi’nde molekuler biyokimyacı olarak calışmakta olan Stephen Lee, “Bu fikir oldukca etkileyici fakat kanser biyolojisi ile ilgilenen kişilerin eskiden beri soyleye geldikleri bir soz vardır ve buna gore her şey farede denenince cok iyi sonuc verir!” diyor. “Bu yontemin insanın tedavi koşullarında nasıl calışacağını zaman gosterecek” diye ekliyor. Lee’ye gore diğer bir teknik sorun da belirlenen tumoru direk olarak hedef alıp bulabilecek ve diğer hucrelere doğru yonlenmeyecek antijeni bulmak. Ek olarak nanojeneratorun tam olarak tumorun icine nufuz edip etmemesi de uzerinde calışılması gereken bir konu.

Yazımı tamalarken Verchip le ilgili makalenin son benzer cumleleri ile tamalamak istiyorom.
Yaşamımızı olağnb ustu duzeyde etkileyen Bilişim Teknolojileri dunun bilim kurgu film lerindeki senaryoların otesinde buluşlara imza atılmasını sağlarken, gelecek on yılda hayal bile edemediğimiz buluşları destekleyecektir. Onemli olan bu teknolojilerisadece vinsanlığın yararına kullanmak, bircok buluşta olduğu gibi fonksiyon kaymasına uğratıp toplumsal yada kişisel yıkımlara yol acmasına ortam hazırlamamaktır.
__________________