Medikal Nanorobotlar | Bilim.org
.	 24 Ekim 2013. 24 Ekim 2013 0
Başlığı okuduğunuzda bilimkurgu filmlerinde ve romanlarında karşımıza çıkan, vücudumuzun içinde dolaşan, hasarlı bölgeye gidip orayı onaran, mikroplarla veya kanser hücreleriyle savaşan zeki nanorobotlar geliyor belki de aklınıza. Ancak bu söylenenler gerçekleşmesi onlarca yıl alacak türden. Bu yazımızda ise şu an deneysel olarak üzerinde çalışılan ve birkaç yıl içerisinde belki de klinikte rutin tedavinin bir parçası olarak görebileceğimiz üç çalışmadan bahsedeceğiz.
Ölçü birimi olarak nanometre kelimesi 10-9 metre olarak kullanılıyor. Örnek vermek gerekirse hücre zarının kalınlığı 12 nm, intel i7’ nin bir transistörü ise 22 nm. Nanoteknoloji sözcüğü ise ilk kez 1974 yılında kullanılmış, ancak bu alanda çok da tecrübeli değiliz.
İlk çalışma nanorobotların cerrahi alanında kullanımıyla ilgili. İsviçre'deki Federal Instutue of Technology'den Brad Kratochvil nanocerrahi alanındaki çalışmalarıyla uluslararası arenada oldukça tanınan birisi. Son çalışmasını anlattığı makalesinde ise 4 milyondan fazla Amerikalının görme problemleri yaşadığından bahsediyor. Bu sayının büyük bir kısmından ise retina kanamaları sorumlu. Diyabet, hipertansiyon gibi çok sık görülen hastalıkların neden olduğu retinopati sonucu oluşan skar (yara) dokusu görmenin engellenmesine neden oluyor. Seçilmiş hastalarda ise bu skar dokusunun cerrahi olarak onarılması görme problemlerinin giderilmesini sağlayabiliyor. Ancak retractomy olarak bilinen operasyon çok komplike ve cerrahın elindeki en ufak bir titreme görme ile körlük arasındaki ince çizgiyi oluşturuyor. Araştırmacının geliştirdiği yöntem ise aslında sadece 4 adet keskin kenara sahip bir metal parçası olan nanorobotun göz içine enjekte edilmesi ve güçlü elektromıknatıslarla yaratılan manyetik alan ile 3 boyutta da çok hassas hareketleri yapabilecek şekilde yönlendirilmesi üzerine. Nanorobot gözün içinde neşterin yapacağı işi yapıyor ve girdiği yoldan tekrar gözden çıkabiliyor. Sonuç olarak girişimsel cerrahiden doğan komplikasyonların azalacağını ve iyileşme süresinin kısalacağından bahsediyor araştırmacı makalesinde. Biraz da hayal gücümüzü izlersek gelecekte bu operasyon için cerrahın hastanın yanında olmasına dahi gerek olmayacağını söyleyebiliriz. Hatta geliştirilen yazılımlar sayesinde cerraha dahi gerek kalmayabilir. Çalışmalar şu anda laboratuvar ortamında domuz gözü üzerinde deneysel olarak yürütülüyor.
İkinci ve üçüncü çalışmalar ise kanserle mücadele konusunda en büyük problemlerden birisi olan ve tıp camiasında ‘targeted drug delivery’ olarak bilinen hedefe yönelik tedavi konusundaki başarısızlık üzerine. Günümüzde kullanılan kemoterapatik ajanlar sadece tümör dokusunu değil vücudumuzdaki hızlı bölünen tüm hücreleri öldürüyorlar aslında. Bu nedenle kemoterapi alanlarda saç dökülmesi, deri problemleri, sindirim sistemiyle ilgili bulantı kusma gibi yan etkiler ortaya çıkıyor. Ayrıca ilaç tüm vücuda yayıldığı için tümör dokusu üzerinde etkili konsantrasyonu oluşturabilmek için yan etkileri bu kadar fazla olan bir ilacı çok yüksek dozlarda kullanmak zorunda kalıyoruz.
MIT'den genç araştırmacılar Dr. Sangeeta Bhatia ve Dr. Geoff von Maltzahn’ın geliştirdikleri nanorobotların büyüklüğü ise bir kağıdın kalınlığının sadece yüzde biri kadar. Bu robotlar ışığın belirli dalga boylarını absorbe edebilen metallerin (başlıca altın) bir karışımından oluşuyorlar. Laboratuvarda fareler üzerinde yapılan deneylerde damar yoluyla verilen bu nanorobotların vücuttaki dokulara tutundukları görülmüş. Bu dokular arasında tümör dokusu da var. Dışarıdan tümör dokusu hedeflenerek kızılötesi bir lazer ışını gönderiliyor ve tümör dokusuna tutunmuş olan nanorobotlar ışığın bu dalga boyunu absorbe ederek ısınıp tümörü parçalıyorlar. Parçalanan tümör hücrelerinden çıkan ve kana karışan kimyasalların artışı tedavinin başarılı olduğunu kanıtlıyor (günümüzde bu kimyasallar kemoterapi ve radyoterapinin etkinliğini değerlendirmek için klinikte kullanılıyorlar). Ancak tümör dokusunun tamamı yok edilmediğinde geride kalan hücreler çok daha hızlı çoğalarak eskisinden de büyük dokular meydana getirebiliyorlar. İşte hedefe yönelik tedavi de tam olarak bu noktada devreye giriyor. Araştırmacılar lazer tedavisinden sonra açığa çıkan bu kimyasalları tanıyarak onlara doğru ilerleyen yeni robotlar veya canlı hücreler geliştirmeye çalışıyorlar. Çalışmalar kemoterapatik ajanları da taşıyabilecek canlı hücreler üzerine yoğunlaşmış durumda. Makalede yazana göre ise bu gerçekleştirildiğinde tümör dokusu üzerinde sistemik tedavilerle oluşturulabilenin 4000 katı kadar ilaç konsantrasyonu oluşturulabilecek. Ayrıca sistemik tedavinin yan etkileri de ortadan kalkacak.
İncelediğim ve en çok da ilgimi çeken son çalışma, Dr. Quajdi Felfoul ve Dr. Sylvain Martel'in çalışmaları. Bu iki araştırmacı da kemoterapatik ajan taşıyan robotlarını tümör dokusuna ulaştırabilmek için ilk çalışmada olduğu gibi manyetik alandan faydalanıyorlar. Ancak bu araştırmacıların robotları hiç akımın olmadığı göz içi sıvısı yerine akımın çok yüksek olduğu kan damarlarında hareket etmek zorunda. Bunun için çok daha büyük mıknatıslara ihtiyaç duyan araştırmacıların aklına tıpta görüntüleme amaçlı kullanılan ve devasa manyetik alanlar yaratabilen Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) makinesi gelmiş. Makinenin yazılımındaki birkaç değişiklik ile araştırmacılar hem tümör dokusunu ve damarda ilerleyen robotlarını görüntülemeyi hem de robotlarını yönlendirmeyi başarabilmiş. Küre şeklindeki robotlarının boyutlarının izin verdiği ölçüde tümör dokusuna yaklaşmış ve tümörü besleyen damarları nanorobotlarıyla tıkamışlar. Böylece tümör beslenememiş ve parçalanmaya başlamış. Ancak oksijen ve besin yönünden stres altında kalan tümör hücrelerinin anjiyogenetik (yeni damarlar oluşturan) faktörler salgılayarak kendi beslenmesini arttırdığı da bilinen bir gerçek. Bu nedenle araştırmacılar ikinci çalışmada olduğu gibi daha küçük ve ilacı taşıyabilecek bir aracı arayışına girmişler. Ayrıca bu aracının enerji gereksinimi olmamalı ve manyetik alana doğru ilerlemesi gerekiyormuş.
Bilindiği gibi kimyasal bir maddeye doğru ilerleyen bakteriler kemotaktik, ışığa doğru ilerleyenler fototaktik adını alıyorlar. Araştırmacılar ise neden manyetik alana doğru ilerleyen magnetotaktik bir bakteri olmasın düşüncesiyle araştırmalarına başlamışlar ve karşılarına magnetospirillum magnetotacticum isimli bakteri çıkmış. Kendi kuyruğundaki kamçısı sayesinde manyetik alanın belirli bir kutbuna doğru ilerleyen bu bakteri araştırmacılar için biçilmiş kaftan. Küre şeklindeki nanorobotlarının içini ilacı da taşıyan bu bakterilerle dolduran araştırmacılar kemoterapatik ajanı direkt olarak tümör dokusuna ulaştırmanın bir yolunu bulmuş gibi görünüyorlar.
Tıp dünyasında çok büyük heyecan uyandıran bu çalışmalar klinikte uygulanacakları ve hastalara çare olacakları günleri bekliyorlar. İlerleyen yıllarda tıp doktorlarının diğer bilim dallarıyla yaptıkları disiplinler arası çalışmalar sağlık alanında büyük çığır açacak gibi görünüyor.
Daha fazla bilgi edinmek isteyenler için makaleler;
Interventional Procedure Based on Nanorobots Propelled and Steered by Flagellated Magnetotactic Bacteria for Direct Targeting of Tumors in the Human Body Sylvain Martel, Senior Member, IEEE, Ouajdi Felfoul, Student Member, IEEE , Mahmood Mohammadi, and Jean-Baptiste Mathieu, Student Member, IEEE
Nanoparticle-Mediated Drug Delivery and Gene Therapy Sha Jin and Kaiming Ye DNA Resource Center and Biomedical Engineering Program, College of Engineering, University of Arkansas, Fayetteville, Arkansas 72701
ROLE OF NANOTECHNOLOGY IN NOVEL DRUG DELIVERY SYSTEM. Debjit bhowmik*, Chiranjib, R.Margret chandira B.Jayakar Vinayaka missions college of pharmacy Vinayaka missions university
Kategoriler Sağlık BilimleriTasarım-MühendislikYazılar
Işığa duyarlı çipler ile sperm hareketlerini yakaladılar Türkiye’nin Bilim ve Teknolojideki en önemli eksiği: Yetişmiş Bilim İnsanları Grafen ile “ıslak” kimyanın mikroskop altına alınması