Biyoçipler, biyolojik olarak kullanılabilen mikroişlemciler olarak tanımlanıyorlar. Bir biyoçip, ultraminyatürize test tüpleri seti olarak algılanabilir. Bu sistem pek çok testin aynı anda ve çok hızlı bir biçimde yapılabilmesine olanak sağlar. Tipik olarak bir biyoçipin yüzey alanı bir tırnaktan fazla değildir. Tıpkı milyonlarca matematik işlemini aynı anda gerçekleştiren diğer bilgisayar işlemcileri gibi, bir biyoçip de binlerce biyolojik tepkimeyi saniyeler içerisinde gerçekleştirebilir. Bilgisayar çipleri üretiminde de kullanılan fotolitografi tekniği ile üretilirler. Bu teknik ile katı yüzeyler üzerinde devre kanalları açılır. Ancak bu noktada bilgisayar çipleri ile benzerlikleri sona erer. Bir bilgisayar çipi, bir sıfırlar ve birler zinciri üzerinde mantık işlemleri gerçekleştirirken biyoçip, biyokimyasal tepkimeler gerçekleştirir. Bilgisayar çipi silikon tabanlıyken, biyoçip cam ya da gözenekli bir jel veya bir polimer malzeme içerisinde olabilir. Bilgisayar çipi pek çok farklı amaca hizmet ederken, dışarıdan gelen talimatları uygulayan bir hesap aracıdır. Biyoçipler ise istenilen bir işlevi gerçekleştirmek için tasarlanmış cihazlar ve farklı işlevler için programlanma gibi bir özellikleri yok. Bu bağlamda, kullanılan genleri ve gen dizisi varyasyonlarını analiz eden biyoçipler yaklaşık 80.000 genden oluşan insan DNA’sının tanımlanmasına yönelik İnsan Genomu Projesi’nde kullanılmış ve işlemi büyük ölçüde hızlandırmışlar.
Laboratuvar uygulamaları için Affymetrix, Neogen ve Motorola gibi şirketlerin piyasaya sürmüş oldukları üç farklı tipte biyoçip ünitesi bulunmakta. Bunlar yüzey bazlı DNA donanımı, jel bazlı DNA donanımı ve mikrosıvı biyoçipleri olarak tanımlanıyorlar. İlk iki tipteki çipte yüzey üzerinde tutuklanmış durumda bulunan şoresan işaretli ve nükleotid dizisi belirli, tek zincirli DNA parçacıkları kullanılmakta. Tek bir çip üzerinde bunlardan binlerce bulunuyor. Çipin tabanında bulunan fotoelektrik devreler sonuçları algılıyor. Böylelikle mutasyonların ve çeşitli gen deformasyonlarının saptanması son derece kolay ve hızlı biçimde gerçekleşiyor. Mikrosıvı biyoçiplerindeyse nanolitre düzeyinde sıvılarla çalışılıyor. Y şeklindeki kılcal borucuklardan geçen iki sıvı elektrik akımıyla ilerletilir ve birleştiklerinde şoresan tepkime meydana gelir. Diğer sistemlere göre avantajı, proteinlerin tayini için de potansiyel vaadetmesi.
Genetik alanında kullanımlarına ek olarak biyoçipler, toksikolojide ve biyokimyasal araştırmalarda da kullanılıyorlar. Ayrıca biyolojik savaşta kullanılan kimyasal ajanların hızlı biçimde tespit edilmelerine olanak sağlıyorlar. Bu alanda kullanılan çipler sonuçları bakımından, tamamen biyoloji ve mikroelektroniğin ortaklığı gibi görünmekte. Son dönemde heyecan verici gelişmelere sahne olan biyoçip teknolojisi görme ve işitme duyusunu yitirmiş insanlara bu kayıp yetilerini tekrar kazanmaları için parlak bir umut vaadediyor. Ancak benzer şekilde implante edilmesi olası kimlik biyoçipleri bazı çevrelerde özgürlüklerin kısıtlanması ve insan haklarına saldırı olarak nitelendirilmekte… Kimlik çipleri şu anda ABD’de yaklaşık on bin ev hayvanında kullanılmakta. Çipler bir pirinçten daha küçük olup bir şırınga ile deri altına enjekte edilmişler ve yalnızca birkaç metre uzaklıktaki bir radyo dalgası sinyaline cevap vererek kimlik verilerinin algılanmasını sağlamaktalar. Şorida’da bir cerrah olan Daniel Man, implante edilen bir biyoçip aracılığıyla uydu takibi yapabilen bir sistem geliştirmiş ve birkaç firma şu anda bu projeyle ilgilenmekte.
Sivil kuruluşların biyoçiplerin kullanımının etik yönleriyle bu derece ilgili olmaları, bu sistemlerin tıbbi olarak yararlı uygulamalarının çoğu zaman göz ardı edilmesine yol açıyor. Örneğin S4MS şirketinin tasarlamakta olduğu çip, deri altına enjekte edilerek şeker hastalarının kandaki glukoz düzeyini rahatça ölçmelerini sağlayacak. fiu anda varolan test sistemleri pratik olsalar da kan alınmasını gerektirdiklerinden bazı hastalar bunları gerekli sıklıkta uygulayamıyor ve bu durumda, ileride birçok olumsuz durumla karşılaşıyorlar. S4MS çipi deri altından sürekli olarak glukoz seviyesini ölçmekte ve sonuçları radyo frekansı aracılığıyla devamlı olarak dışarıya iletebilmekte. Çip bir LED (Light Emitting Device) ve şoresan bir kimyasaldan oluşuyor ve LED’in yaydığı ışık, şoresan maddeden daha uzun dalga boyuna çevrilerek yansıtılıyor. Glukoz bu saçılan uzun dalga boylu ışınların miktarını düşürecek ve kanda glukoz miktarı arttıkça fotodiyot tarafından tespit edilecek uzun dalga boylu ışık miktarı da azalacaktır. Aynı sistem, oksijen miktarını da saptayacak hale getirilebilir.
Miktar tayini ve ölçümü önemlidir, ancak daha da önemlisi, organları bir düğmeye basar gibi harekete geçirip durdurabilir miyiz sorusu. Kalbi harekete geçiren elektroşok cihazları, kaba yaklaşımı temsil ediyor. Ancak Medtronic tarafından geliştirilen Activa implantı beyini hedef alıyor. Arzu edilen, Parkinson gibi hastalıklarda kontrol edilemeyen ha reketlere yol açan beyin sinyallerini
elektrik uyarımlarıyla etkisiz hale getirmek. Parkinson hastalığının ilaçla tedavisi, hücre ölümüne bağlı olarak azalan dopamin miktarının normal düzeye getirilmesini amaçlar. Ancak geleneksel dopamin tedavisinde, verilen dopaminin etkisi geçer geçmez belirtiler tekrar ortaya çıkar. Cerrahi yaklaşım olan “talamotomi”, yani beynin talamus bölümünün çıkartılmasına alternatif olarak sunulan Activa implantı, talamus bölgesine implante edilen bir biyoçipten ibarettir ve verdiği elektrik uyarılarıyla talamus bölgesini geri dönüşümlü biçimde devre dışı bırakır. Sistem, Ağustos 1997’den beri resmen kullanıma sunulmuş durumda.
Activa implantı beyin işlevlerini düzenlerken, idealist biyomühendisler, tamamen kaybedilmiş işlevleri beyine geri kazandırmak, karanlık ve sessizliğin yerini görüntü ve sesin almasını sağlamaya çalışmaktalar. Bu alandaki başarı hikayesi kohlea (kulağımızın salyangoz olarak adlandırılan kısmı) implantına ait. fiu anda kullanılan işitmeyardımcıları, algılanan sesin düzeyini yükselten mini ampfilikatörler olarak işlev yaparlar; fakat kohlear implant, ses dalgalarını algılayan hücrelerini kaybetmiş ya da bunlara hiç sahip olmayan hastalar içindir. Bu kişiler için hiçbir yükseltici yeterli değildir.
Kohlea implantı, elektrik uyarılarını doğrudan kohleaya iletme görevini üstlenmiştir. Spiral biçimli kohlea, ses dalgalarını sinirsel uyarılara çevirme gibi önemli bir işleve sahiptir. Normal işitme duyusuna sahip bireylerde ses dalgaları kohlea duvarlarında titreşim yaratırlar. Bu titreşimler hücrelerce algılanır. Yüksek frekanslı sesler kohleanın tabanını uyarırken, düşük frekanslı sesler spiral yapının tepesini uyarırlar. İmplant, kohlea içindeki ses algılayan hücrelerin işlevlerini taklit etmeye yönelik bir cihazdır. Dışarıdan gelen frekansları sekiz kanala bölerek kohleanın gerekli bölgesini uyarır.
En başarılı iki implant, UCLAve Advanced Bionics Corp. tarafından geliştirilen, Clarion ve Melbourne Üniversitesi Cochlear fiirketi ortak yapımı olan Nucleus. Yapılması planlanan değişiklikler, daha çok hastanın beline takılı olarak taşınan konuşma algılama işlemcilerini geliştirmek üzerine. Teorik olarak frekans kanallarını ve elektrod sayısını artırmak, ses algısını ve ses ayıdedilme düzeyini artırır. Ancak kohleada konuşma algılanmasıyla ilgili bölgenin sadece 14 mm uzunluğunda oluşu ve elektrodların birbirine çok yakın yerleştirilme zorunluluğu, sinyallerin karışmasına yol açıyor.
Çıkan sonuç bir boyacı fırçasıyla yapılan empresyonist bir tabloyu düşündürse de başarılıdır. Bazı hastalar yeni ses dünyalarının ördek sesleri ve birbirine vurulan tenekelerden oluştuğunu belirtseler de, implantın yerleştirildiği hastaların üçte ikisi dudak okumaya gerek kalmadan konuşmaları anlayabildiklerini söylemişler. Bu durum, cihazın tasarımcılarının da dahil olduğu pek çok araştırmacının beklediğinden bile çok daha olumlu bir sonuç.
Araştırmacıların ilgisini çeken bir diğer bölgeyse göz. Çeşitli gruplar gözün arka kısmında yer alan ve ışığı algılayan fotoreseptör hücrelerini örnek alan biyoçipler üzerinde çalışmalar yürütmekteler. Genetik bir hastalık olan “retinitis pigmentosa” ve yaşa bağımlı dejenerasyon sonucu fotoreseptör hücrelerinin kaybı, günümüz dünyasının en önde gelen körlük nedenlerinden biri.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden John Wyatt ve Göz ve Kulak Kliniği’nden Joseph Rizzo yirmi elektrodluk, 1 milimetre çapında bir çip imal etmişler ve deney hayvanı olarak kullandıkları tavşanların gözlerinin arka tarafına yerleştirmişler. Bir saç teli kalınlığında olan orijinal çip gözde rahatsızlık yarattığı için, geliştirilen yeni model on kat daha inceltilmiş. Son olarak gözlük biçiminde tabir kamera vasıtasıyla cihaz kullanılır hale getirilmiş. Kameranın tespit ettiği görüntüler kodlanarak lazer sinyali olarak biyoçipe aktarılır. Lazer aynı zamanda çipin enerji ihtiyacını da karşılar ve çip üzerine konulması planlanan fotodiyodlar yeterli miktarda enerjiyi rahatça üretebilir. Ancak şimdilik ilk tasarlanan modelde enerji ihtiyacı doğrudan gözün içine giren kılcal bir kablo aracılığıyla karşılanmakta. Yapılan deneylerde beyine görsel bilginin aktarıldığı kesinleşmiş, fakat nasıl bir görüntü elde edildiği henüz anlaşılamamış durumda.
Johns Hopkins Üniversitesi’nden Eugene De Juan bu sorunun cevabını insan denekler kullanarak öğrenmeye çalışıyor. De Juan’ın elektrodları, doğrudan gözün içine yerleştirilmiş ve önceki örneğe göre kısmen büyüktür. Ancak elde ettiği sonuçlar şaşırtıcı. Tamamen kör olan hastalar, De Juan’ın elektrod pozisyonlarını ve akım gücünü değiştirmesi esnasında çeşitli ışıklar gördüklerini belirtmişler. De Juan’ın son deneylerinde çoklu elektrot kullandığı hastalar kendilerine gösterilen basit şekilleri tanımlayabilmişler.
Göz implantlarıyla ilgili araştırmaları en çok destekleyen ülkelerden biri de Almanya. Hükümet son dönemde iki araştırmaya 10 milyon dolar destekte bulunmuş. Projelerden biri retina yüzeyine çip yerleştirilmesiyle ilgiliyken, diğeri retinanın arkasına, yani subretinal olarak fotoreseptörlerin bulunması gereken yere yerleştirilmesi planlanan çiplerle ilgili. Ancak bu sistem daha da arkadaki sinir hücrelerinin, besin ve oksijen alımlarını kısıtladığından, henüz uygulanabilir değil. Bu yaklaşım, kayıp fotoreseptörlerin çalışmasını daha yakın olarak taklit edebilir. Yerleştirilen çip, retinal hücre tabakalarıyla ilişkiye girmeden tam kaynak noktasında sinir hücrelerine mesaj iletir. Mesajın hesaplanması için gerekli olan işlemci kapasitesi, çip üzerindeki donanımda mevcuttur.
Araştırmacılar şu anda tam olarak normal görme sağlayan cihazların üretiminden daha yıllarca uzak olduklarını düşünüyorlar. Ancak dünün bilim kurgusu bugünün bilimine ve gerçeğine dönüşürken, saçılan umut pırıltılarını en iyi görenler, belki de görme duyusunu yitirmiş insanlar…
