AKILLI KAPSÜLLERİN İNSAN BEDENİNDEKİ YOLCULUĞU
(Nano-Capsule)


Bilim kurgu filmleri ile bilişim teknolojilerinin birlikteliği insan yaşamında devrimsel etkileri oluşturan büyük 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 güvenlik amaçlı da kullanılabileceğinden söz etmiştik. Bu yazımızda ise vücut içerisinde dolaşan ve hastalıklı hücreleri saptayan ve bu hücrelerle savaş açarak yok eden akıllı nano-kapsül (nano-capsule)’lerden söz edeceğiz.

Bu çalışmanın İlham kaynağının 1960 larda ünlü film yıldızı Raquel Welsh ve arkadaşlarının rol aldığı bir mikro denizaltı ile insan vücudunda yaptıkları yolculuğu konu 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 gerekli 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 üzerinde 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(NCI) için mevcut teknolojide gelişmelere öncülük etme konusundaki tarihsel rollerini tatmin edici bir fırsat oluşturmaktadır. NCI, ilk kez tümörlerin birbirinden farklı moleküler karakteristiklerini baz alarak kanseri tanımlama amacındadır. NASA ise hasta bakımında yepyeni bir yol (“mikroskobik tarayıcılar”) olan ve hasta vücudun tümünü 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, bulunan hastalığı tedavi edebilme yoluna gidebilecektir.

Kanser, bir hücrenin kontrol dışı çoğalmaya başlaması ile ortaya çıkar. İlk safhalarda tümör sadece o bölgede gelişir, Bunu yok etmek için kullanılan yöntemlerden biri olan kemotrapi (ilaçla tedavi yöntemi) tüm vücudu etkiler. Kanserli hücreler diğer sağlıklı hücrelerle beraber öldürülmeye başlanır ve hastada mide bulantısı saç dökülmesi güçsüzlük gibi sıkıntılarla sıkça 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 aktiviteleri 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 küçük 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. Eğer 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 hedefi uzay uygulamaları da olsa nano-kapsüller başta kanser tedavisi olmak üzere değişik tıp alanları için önemli potansiyeller taşımaktadırlar. Kanserli hücrelerin içine direk olarak tümör öldürücü zehirli madde sokma fikri çok umut vaad etmektedir. Bu durum tıp çevrelerinde kemoterapinin zarar verici etkilerine karşı oldukça fazla ilgi uyandırmıştır.

Teksas Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde görevli James Leary, “Bu nano-kapsüllerin amacı yeni bir tür terapi ortaya koymaktır. İnsanların hücrelerinin içine teker teker girerek onları tamir etme, eğer tamir 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. Ayrıca astronotların uzayda maruz kaldığı yüksek radyasyon seviyesi, Dünyayı çevreleyen koruyucu manyetik şemsiyeden çıkılarak yapılmak zorunda olunan Mars ve Ay yolculuklarında ortaya çıkabilecek sağlık sorunları gibi problemler 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 etkilerini artırmaktadırlar. Bu radyasyon yüzünden DNA zarar gördüğünde hücreler kontrol edilemez bir şekilde bölünmeye başlayabilirler ve bu durum kanser riskini çoğaltır. Leary, bunun önemli bir problem olduğunu söylüyor. Éğer birgün insanlar uzayda yaşayacaksa kendilerini radyasyondan korumanın daha iyi bir yolunu bulmak durumundadırlar.”

Kalkan yöntemi tek başına etkin olmadığı için bilim adamları astronotların radyasyona daha dirençli olmasını sağlayacak bir yol bulmak durumundadırlar. Nano-partiküller faydalı bir çözüm sunmaktadır. İlaç taşıyıcı kapsüller çok incedir. (Sadece birkaç yüz nanometre ve bakteriden daha küçük. Hatta görülebilir ışığın dalga uzunluğundan bile ufak. 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.

İnsan vücudundaki trilyonlarca hücre zarlarının dışında bulunan kompleks moleküller sayesinde birbirlerini 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” işaretini algılayabilecek moleküller yerleştirilebilirse bilim adamları partiküllerin radyasyon hasarı görmüş hücreleri bulmalarını sağlayabilirler. Eğer radyasyon hasarı çok ise nanopartiküller hücreye girerek apoptosis olarak bilinen ve “kendi kendini yok etme süreci” olan işlemleri başlatabilirler. Eğer hasar az ise DNA tamir edici enzimleri bırakarak hücreyi tamir edebilir ve normal fonksiyonuna kavuşturabilirler.

İnsanlar ve diğer organizmalarda DNA hasarlarını tamir etmeye yönelik doğal enzimler bulunmaktadır bunlardan bazıları diğerlerine göre daha iyi çalışmaktadırlar. Leary, “bazı organizmalar yüksek radyasyonu emerek (absorb) oldukça başlarılı sonuçlar elde edebilirler” demektedir. Bu türler üzerinde yapılacak çalışmalar sayesinde nanopartiküllere yerleştirilecek DNA tamir enzimleri geliştirilebilir.

Leary ve arkadaşları nanomoleküllere floresan molekülleri eklemenin yollarını da araştırmaktalar. Bu sayede çeşitli konumlarda farklı renkte ışıklar yayarak süreç belirlemesi yapılabilecektir. Bu floresanlar sayesinde nanopartiküllerin vücut içindeki konumları da gözlemlenebilecektir. “Radyasyon hasarının derecesini ölçmek için bir astronot gözlük benzeri bir aksesuar takacak ve ışıldayan nanopartiküller, vücut ortamı içinde 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 aynı zamanda kendi kendilerinin doktorları da olduğu için desteklemektedir. Aslında astronotlar bu gözlükleri takıp kan akışlarında neler olup bittiğini görebilecekler. Eğer tedaviye ihtiyaçlarının olduğunu fark ederlerse dei altına bir iğne ile uygun nanopartikülleri enjekte ederek kendilerini tedavi edebilecekler.

Nanopartikül teknolojisi oldukça yeni bir teknoloji olduğundan biyosensor ve ilaç verilmesi gibi hassas alanlardaki etkilerinin tam olarak bilinebilmesi, olgunlaşması için biraz zamana ihtiyaç vardır. Fakat bu durum bir fantezi değildir. Bu fikrin her bir bileşeni birbirinden bağımsız uygulamalar olarak denenmiştir (DNA tamir enzimleri, nanopartiküller, florasan işaretçiler gibi). Burada zor olan şey hepsinin uyum içinde çalışmasını sağlamak olacaktır. Leary, “Bu oldukça zor bir problem ve tüm bunları gerçekleştirmek üç yıldan önce olmayacak gibi görünüyor. Oldukça yenilikçi bir alanda çalışmaktayız ve işin keyifli olan tarafı da bu” demektedir.


NASA bu kapsülleri, dünyanın dışındaki elektromanyetik koruyucunun ötesinde bulunan zararlı radyasyon etkilerini ölçmek için kullanmayı planlamaktadır. Radyasyon bir uzay mekiğinin içine 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 içine girip onları öldüren radyoaktif izotopları açığa çıkaran araçlar geliştirdiler. Bu araç hayvanlar üzerinde etkin olarak kullanıldı ve insan denemelerinin de yakın zamanda yapılacağı söyleniyor. New York’daki Memorial Sloan-Kettering Enstitüsü’ndeki Hematopoietik Kanser İmmünokimya laboratuarı başkanı Dr. David A. Scheinberg. Hayvanlarda ve hatta insanlardaki tümör hücrelerinin içinde yada üzerinde radyoaktif izotoplar (alfa parçacıkları) oluşturan bir araç geliştirmenin metodunu bulduklarını söylüyor .Bu araçta, yüksek potansiyelli radyoaktif bir atom, moleküler bir kafesin içine yerleştirilmiş olarak bulunmaktadır. Konak araç vazifesindeki bir antikora entegre edilen bu kafes, nanogenerator adı verilen maddeyi kanser hücrelerine götürüyor. Aktinyum-225 adı verilen oldukça güçlü bu atom, silah yapımında kullanılan uranyumun bir yan ürünüdür ve A.B.D. Enerji Departmanının araştırmacıları tarafından bulunmuştur. Kanser hücresinin içine 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 farklı “yavru atom” oluşturmakta ve her bir yavru atom kendi alfa taneciğini bırakmaktadır. “Bu şekilde her bir atom için dört partikül topluyoruz. Diğer bir avantaj da bu atomlardan elde edilen radyasyon türünün çok yüksek enerjili olmasına rağmen kısa bir mesafeyi katettiği için izotopların yarattığı zararın sadece çok küçük bir bölgede etkili olmasıdır. Bu durum seçerek öldürme avantajını sağlamaktadır. Çevredeki hücrelere verilen zarar oldukça azdır.” diyor Scheinberg

Araştırmacılar bu “Truva Atı” yaklaşımını lenfoma, lösemi, yumurtalık, göğüs ve prostat kanseri gibi bazı değişik kanser çeşitlerine karşı test ettiler. Prostat kanserli ve geniş lenfomalı farelerde nanojeneratör ler kullanıldı. Çok sayıda hayvanda jeneratörün “uzun dönemli hayatta kalmaya” yol açtığı ve çoğu hayvanda düşük dozla yapılan tek bir uygulamanın hayat döngüsünü uzattığı gözlemlendi.

Scheinberg, “Eğer konsantrasyon yada potansiyel artırılırsa toksiklik riski de artacaktır. Hayvan deneyleri hiçbir yan toksik etkinin olmadığını gösterdi. İnsanlarda yapılan denemeler nanojeneratörün ne kadar kuvvetli 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 hedefe yönelik çalışma imkanı sunulmaktadır. Eğer atom hücrenin dışında olsaydı DNA’yı yok edici alfa partikülleri tümör içine doğru sadece kısa bir süre nüfus edebilecekti. Hücrenin içine sokma stratejisi sayesinde alfa partiküllerinin hedefi tam olarak vurması garantilenmiştir.

Ohio State Üniversitesi’nde moleküler biyokimyacı olarak çalışmakta olan Stephen Lee, “Bu fikir oldukça etkileyici fakat kanser biyolojisi ile ilgilenen kişilerin eskiden beri söyleye geldikleri bir söz vardır ve buna göre her şey farede denenince çok iyi sonuç verir!” diyor. “Bu yöntemin insanın tedavi koşullarında nasıl çalışacağını zaman gösterecek” diye ekliyor. Lee’ye göre diğer bir teknik sorun da belirlenen tümörü direk olarak hedef alıp bulabilecek ve diğer hücrelere doğru yönlenmeyecek antijeni bulmak. Ek olarak nanojeneratörün tam olarak tümörün içine nüfuz edip etmemesi de üzerinde çalışılması gereken bir konu.

Yazımı tamalarken Verchip le ilgili makalenin son benzer cümleleri ile tamalamak istiyorom.
Yaşamımızı olağnb üstü düzeyde 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 teknolojilerisadece vinsanlığın yararına kullanmak, birçok buluşta olduğu gibi fonksiyon kaymasına uğratıp toplumsal yada kişisel yıkımlara yol açmasına ortam hazırlamamaktır.