NANOTIP ve NANOROBOTLAR
Nanoteknoloji gündeme ilk geldiğinde, biyoloji ve tıp alanlarında bizi nerelere götürebileceği hakkında pek çok fantastik fikir vardı. İşte bu fikirler bugün bize “nanotıp” ve “nanorobot” teknolojilerinin kapılarını açıyor. “Nano” kelime olarak “çok küçük” anlamına geliyor. Böylelikle “nanotıp”, hastalıkların ve yaralanmaların çok küçük bir ölçekte tedavisi ve araştırılması olarak tanımlanıyor.
Robert Freitas’a göre “nanotıp”, insan vücudundaki biyolojik sistemlerin moleküler düzeyde nanoyapılar ve nanocihazlar kullanılarak gözlenmesi, kontrol ve tedavi edilmesi olarak tanımlanmakta. Hücrelerden oluşan vücudumuzda tüm hastalıklar, fiziksel bozukluklar ve hatta yaşlanmamız bile moleküler düzeyde gerçekleşiyor. fiu anda tıpta kullanılan tekniklerin moleküler düzeye inmesi söz konusu değil. Problemlerin kökten çözümü için “nanotıp” parlak bir alternatif olarak görülmekte.
Günümüzde tıpta kullanılan tedavi yöntemleri, cerrahi müdahale ve ilaç tedavisi. Cerrahi müdahaleler, doğrudan vücudayapılan müdahaleler ve uzman doktor ne kadar iyi yetişmiş olursa olsun, anestezi, enfeksiyon kapma riski, organ reddi ya da kanserli hücrelerin tamamen temizlenememesi gibi olasılıklar bunları tehlikeli kılar. İlaç tedavisiyse insan vücudunu moleküler düzeyde etkileyen bir tedavi yöntemi. Dolaşım sistemiyle vücut içerisinde taşınan ilaç molekülleri, hedeflenmeyen bölgelerde istenmeyen yan etkilere neden olabilir. Buna karşın nanorobotlar, hastalıklı hücreleri tanımakta hiç zorluk çekmezler ve nerede olursa olsun bu hücreleri bulup yok edebilirler. İlacın doğru hedefe ulaşması, özellikle kanser hastalığında kanserli hücrelerin tümünün yok edilmesi ve bu arada sağlıklı hücrelerin zarar görmemesi açısından önem taşımakta. İşte bu nedenlerle tıp bilimi, alışılagelmiş tedavi yöntemlerini bir kenara atacak nanoteknolojik tıbbi gelişmeleri dört gözle beklemekte. Nanotıp, nanokürelerle ilaç salımından, doku yapılanmasını gerçekleştirecek nanoteknolojik tasarıma dayalı doku iskelelerine, hatta teşhis ve tedavi amaçlı nanorobotlara kadar çok çeşitli uygulamaları kapsıyor.
Nanoküreler: İlaç salan sistemlerdeki en büyük problemlerden biri, ilacın vücudun istenilen bölgesine ulaşamaması. Nottingham Üniversitesi’nden Bob Davis, nanoküreler içerisine hapsedilen ilaçları, klasik ilaç kullanım yöntemleriyle ula şılamayacak bölgelere yollamayı başardı. Nano küreler, damara enjekte edildiklerinde genellikle karaciğer veya dalakta parçalanırlar. Deri altına enjekte edildiklerindeyse, makrofajlar (virüs ve bakteri gibi vücuda giren yabancı maddeleri yoketmekle görevli hücreler) tarafından parçalanarak görevlerini yerine getiremezler. Davis’in geliştirdiği yöntemde, bu ilaç yüklü nanoküreler biyouyumlu bir polimer, örneğin polietilen glikol (PEG) ile kaplanarak bağışıklık sistemi hücrelerinden, yani makrofajlardan korunuyorlar. İlaç içeren bu küreler, gönderilmek istendikleri bölgeye bağlı olarak 20100 nanometre boyutunda. Her bir küredeki ilaç miktarı, kürenin ağırlıkça %5’i gibi düşük bir değerde. Fakat enjeksiyon yoluyla çok sayıda küreyi vücuda yollamak mümkün olacağından, ilaç miktarı açısından bir problem yok. Bu sistemlerde biyolojik dokularla kaplama malzemesi arasındaki etkileşimi anlamak çok önemli. Biyolojik deneyler ve bilgisayar modelleriyle, ilacı istenilen hedefe yollayabilecek şekilde araştırmalar sürdürülmekte.
Doku yenilenmesi: Nanoteknolojinin vücudun yeniden yapılanmasındaki rolüne gelince… Glasgow Üniversitesi’nden bir araştırma grubu, yara iyileşmesinde kullanılmak üzere “akıllı bandaj”ın klinik araştırmalarını yapmakta. Bir teknoloji uzmanı, bir hücre biyoloğu ve bir cerrahtan oluşan bu üç kişilik ekip, hücrelerin üremesini etkileyecek malzemelerin nasıl hazırlanacağını araştırıyor. Biyolojik ortamda bozunan bir polimerden hazırlanan bandaj, üzerinde çok küçük oluklar içermekte. Bu bandaj, yaralı tendonların tedavisinde büyük başarı sağlamış. Hasarlı doku yeniden yapılanırken, tendonu çevreleyen ve serbestçe hareketini sağlayan kılıf, tendona yapışır ve böylece tendonun hareketi engellenir. Oysa bu oluklu bandaj hasarlı dokuya sarıldığında bu yapışma engelleniyor, tendon iyileşiyor ve kılıf da yeniden oluşuyor. İyileşme mekanizması çok net olarak anlaşılabilmiş değil; ancak, araştırmacılar tendonun, çevresindeki dokulara yapışmasına neden olan makrofajların oluklara girdiğini ve böylece tendonun yapışmasının engellendiğini söylüyorlar. Oluklar litografik yöntemle açılıyor. Genişlikleri yaklaşık 10 mikron, yani hücrelerin çapı kadar. Olukların şekli de hücrelerin oluk boyunca üremesine izin veriyor. Bu çalışmanın devamında araştırmacılar, litografik yöntemle polimerik malzeme üzerinde desen oluşturarak hücre üremesini yönlendirmeye çalışacaklar.
Yeni organ gelişimi: Yeni organ geliştirme konusundaki çalışmaların şimdiye kadar kısmen başarılı olanı kulakla ilgili olanları. Bir doku iskelesi üzerinde üreyen doku, gelişigüzel yönlerde büyür. Oysa vücut içerisindeki hücreler, organın amacına uygun bir desen üzerinde gelişirler. Bu sistem temelinde geliştirilen bir doku iskelesinde, polimer malzeme üzerinde hücre yapışmasını, dolayısıyla üremesini engelleyen küçük polimerik noktalar oluşturulur. Bu noktaların yerini değiştirerek hücrelerin üreme desenini, istenilen organ işlevini sağlayacak şekilde ayarlamak mümkün.
Nanorobotlar: Nanorobotlar 0,5 ila 3 mikron arasında değişen çok küçük boyutlarda olan ve insan vücudunu patojenlere (hastalık yapıcılar) karşı etkin biçimde savunmak amacıyla tasarlanan cihazlar. Nanorobot yapısı, iç ve dış olmak üzere iki bölüm halinde tasarlanır. Dış yapı, vücudumuzda bulunan çok çeşitli kimyasal sıvılarla temas edebilecek kadar dayanıklıyken, içyapı tamamen kapalı ve gerekmedikçe sıvı geçişine izin vermeyen bir vakum ortamı. Nanorobotlar, akustik sinyaller aracılığıyla mesaj ileterek uzman doktorla haberleşebilir ve verilen komutları yerine getirir. Görevi tamamlandığında, herhangi bir yan etkiye neden olmadan ya da bozulmadan vücut dışarısına atılır.
Nanorobota olası bir örnek olarak Robert Freitas isimli bilim adamı tarafından tasarlanan ve yapay bir kırmızı kan hücresi olan respirosit verilebilir. Respirosit, vücutta dolaşım bozukluğu oluşması durumunda, oksijen sağlanması için gerekli fazladan metabolik desteği sağlar. Bağışıklık sistemince reddedilmemesi ve vücuttaki basınca dayanması için, nanorobotun dış yüzeyi elmas olarak tasarlanmış. Elmas dış yüzeyin kusursuz bir şekilde pürüzsüz olması gerekiyor. Dış yüzeyin kimyasal tepkimeye girmeyecek şekilde ve düşük biyoaktiviteye sahip olması, yüzeydeki beyaz kan hücresi etkinliğini engeller. Küresel yapıdaki respirosit, mekanik yollar kullanılarak oksijenle doldurulur. Yaklaşık 1000 atmosfer gibi yüksek bir basınçta doldurulan oksijen, nanoküresel yapıdan sabit bir hızla salınacaktır. Bir respirosit, doğal bir kırmızı kan hücresine oranla 236 kat daha fazla oksijen taşır.
Nanorobotların diğer olası kullanım alanları içerisinde kozmetik ürünler sayılabilir. Nanorobot içeren kozmetik kremler, ciltteki tüm ölü hücreleri temizleyebilir, fazla yağları alabilir ve hatta cildin beslenmesi için gerekli olan maddelere takviye yapabilir. Nanorobotlar, ağız ve diş temizliğinde kullandığımız antiseptik sıvılara da eklenebilir; ağızda bulunan hastalık yapıcı bakterileri ortadan kaldırabilir ve aynı şekilde plak ve tartarları saptayarak oluşumlarını engelleyebilir. Kullanım ömürleri kısa olan bu nanocihazlar, biyolojik ortamlarda parçalanabilecek şekilde tasarlanan yapıları sayesinde, zararlı yan ürünler oluşturmadan, bozunarak vücuttan atılabilir.
Teknolojideki gelişmeler sayesinde, nanorobot uygulamalarının hayata geçirilmesine bir adım daha yaklaşmış bulunuyoruz. Örneğin, geliştirilen AFM (Atomic Force Microscope Atomik Kuvvet Mikroskopu) sayesinde bir malzemenin yüzey özellikleri, milyar kez büyütülerek incelenebiliyor. Mikroskopik tekniklerdeki bu gelişmeler, nanorobotların moleküler yapılarının uygun olup olmadığını saptamak ve işlevlerini denetlemek açısından son derece önemli bir gelişme. Bunun yanısıra Cornell Üniversitesi’nde yapılan çalışmalarda nanorobotların hareketini sağlayan biyonik motorlar geliştirilmiş bulunuyor.
1985 yılında Rice Üniversitesi’nden Richard Smalley, karbon atomlarının 6O’lı gruplar halinde birbirine bağlanarak “buckyball” olarak isimlendirilen küresel moleküller oluşturduğunu buldu. Bu küresel molekül kütlesine birkaç kobalt ya da nikel atomu eklendiğinde, 6O’lı gruplar halinde bulunan karbon molekülleri (fulleren) şekil değiştirerek, kimyasal olarak kararlı ve duvar kalınlığı bir atom kadar olan tüp şekline dönüşür. Oluşan bu yapı, çelikten 100 kat daha sağlamdır ve moleküler düzeyde ilaç hapsetmek ve taşımak amacıyla nanotank olarak kullanılabilir. Nanorobotlar, bu nanotankları vücutta istenen bölgeye ulaşana dek iç yapılarında tutarlar.
Beş yıl kadar önce bilim adamları, iki nükleotidi bir köprüyle birbirine bağlayarak nanorobotik kolların yapılması için ilk adımı attılar. Nanorobotlara bu kollarla virüsleri, antijenleri ya da analiz için gerekli elementleri tutma yeteneği kazandırılması tasarlanıyor.
Nanorobotlar, teorik olarak 20. yüzyıl hastalıklarının tümünü ortadan kaldırabilir. Glasgow ve Wales Üniversitelerinin ortak çalışmasında, anormal hücrelerin ve virüslerin hızlı bir şekilde belirlenmesini gerçekleştirebilecek bir nanoelektrod geliştirilmiş. Böylece kanda HIV saptanabilmiş. Bir diğer çalışmadaysa, su kaynaklarında çok tehlikeli bir mikroorganizma olan cryptosporidium bakterisini belirleyecek bir nanoelektrod geliştirilmiş.
Bakteri ve virüsler 10250 nanometre boyutunda ve elektriksel özellikleri iyi bilinen biyolojik ‘parçacıklar’. Bir elektriksel alan uygulandığında, bu parçacıkların herbiri, alanın şiddetine ve salınım (osilasyon) frekansına bağlı olarak kendine özgü bir yolda ilerler. Dr. Morgan tarafından geliştirilen elektrodlarla, aşırıduyarlı bir elektriksel alan yaratılmış ve böylece hücre, virüs ve proteinlerin hareketi ve birbirinden ayrılması sağlandı. Geçtiğimiz yüzyılın en korkulu rüyalarından biri olan HIV enfeksiyonu, bu yöntemle, klasik yöntemlerden 23 ay önceden saptanabilmekte. Çünkü, klasik virüs belirleme yönteminde antikorlar aranır. Fakat HIV virüsü, antikorlar üretilmeden 6 ay önce kanda bulunmakta.
Artık kanımızda dolaşan nanoekranlar sayesinde hastalıklarımıza kendi kendimize tanı koyabileceğimiz ve cerrahi müdahalenin nanorobotlar tarafından yapıldığı bir gelecek düşünebiliriz. Görüldüğü gibi nanorobot konusundaki araştırmalar henüz başlangıç aşamasında olmalarına karşın, bu teknolojinin vaadettiği gelişmeler sonsuz.
