SynBioLab, Boğaziçi Üniversitesi ve Türkiye Sağlık Enstitüleri Başkanlığı’ndan araştırmacılar, sağlık alanında devrim yaratacak yeni bir projeye imza atarak, vücut içindeki belirli molekülleri gerçek zamanlı olarak algılayıp kablosuz olarak aktarabilen ilk “canlı hücre tabanlı implantı” geliştirdi. Araştırmacılar, genetiği değiştirilmiş bakteralar ile birlikte bir elektronik anteni harmanlayarak, pil gerektirmeyen bir biyosensör tasarladı. İnsan vücudunda zamanla emilebilen implant, hastalıkların erken teşhis edilmesine imkan tanıyabilir. Araştırma, saygın bilimsel dergi Nature Communications’ta Ahmet Bilir, Merve Yavuz, Urartu Şeker ve Sema Dumanlı’nın imzasıyla yayımlandı. Yenilikçi çalışma, hastalık biyobelirteçlerinin anlık ve yerinde izlenmesini sağlaması dolayısıyla tıp dünyasında büyük bir heyecan uyandırıyor.
CANLI HÜCRELERLE İNSAN VÜCUDUNDA OTOMATİK SAĞLIK TAKİBİ
Günümüzdeki implant sensörleri çoğunlukla glikoz, pH, basınç ve elektriksel aktivite gibi fiziksel parametreleri ölçüyor. Ancak, hastalıkların erken teşhisinde kritik öneme sahip moleküllere özgü biyobelirteçlerin mevcut sistemlerle gerçek zamanlı olarak izlenmesi mümkün olmuyor. Optik sistemler ya da aptamer tabanlı sensörler söz konusu sorunu çözmeye yönelik çabalar gösterse de, çoğu kablo, batarya ve elektronik devre gereksinimiyle sınırlı kalıyor. Bilim insanları, bu duruma alternatif olarak, doğrudan biyolojideki canlı hücreleri kullanmayı tercih etti.
PİLSİZ ÇALIŞAN MAGNEZYUM ANTEN
İmplant, son derece minimalist bir tasarıma sahip olup, magnezyumdan oluşmuş bir halka anten ve üzerine yerleştirilmiş genetiği değiştirilmiş bakteri kolonileri ile donatılmıştır. Anten, kontrollü bir şekilde parçalanacak şekilde tasarlandı. Bu ayrışma süreci, implantın vücuttaki durumu dışarıya aktarabilmesi açısından kritik bir unsur teşkil ediyor. Dışarıdaki okuyucular, bu süreci izleyerek belirli bir hastalığa işaret eden molekülün varlığını tespit edebiliyor. Dışarıdan gelen okuyucu, implantı uyaran radyo dalgaları gönderirken, implantın o anki durumu doğrultusunda geri yansıyan sinyali analiz ederek bozulma sürecini tanımlıyor. Böylece, biyolojik hücrenin yanıtını piller, çipler veya elektronik devre olmaksızın kablosuz sinyallere dönüştürüyor. Araştırmanın yazarlarından ve SynBioLab’in kurucusu Urartu Şeker, “Hastada ısı değişikliği oldu, yani ateşe çıktı. Ya da bir enflamasyon oldu, yani iltihabi bir durum meydana geldi. Bunların hepsi esasında birer sinyaldir. Biz bunu antenin özelliklerini değiştirecek bir hale çevirdik” diyor.
DİYABETTEN BÖBREK SAĞLIĞINA: “DOKUNMADIĞI TIBBİ ALAN KALMAYACAK”
Çalışma, kanser, inflamasyon ve metabolik hastalıklarda kritik rol oynayan biyobelirteçlerin sürekli izlenmesini sağlayarak tıp alanında devrim niteliğinde bir dönemin başlangıcını işaret ediyor. Şeker, “Bununla ilgili pek çok çalışmamız var. Örneğin ağır metalleri algılayıp bunlara göre bir optik sinyal üreten bir bakteri projemiz mevcut. Diğer bir çalışmamızda ise bakteri üre ve üre kalitesini tespit ediyor ki bu iki metot böbrek sağlığının takibi için kullanılabiliyor” ifadelerini paylaşmaktadır: “Örneğin Ozempic gibi tedavilerin uygulandığı alanlarda da bakteriler işlevli. Bizim başka bir çalışmamızda, glikozu algılayıp Ozempic’tekine benzer bir proteini kana veren bir probiyotik bakteri mevcut.” Şeker, bu yenilikçi sistem gündelik yaşama entegre edildiğinde tıbbın henüz dokunmadığı bir alan kalmayabileceğine vurgu yapıyor.
HAYATA GEÇİRMEK İÇİN KLİNİK TESTLER GEREKİYOR
Çalışma, “yaşayan hücrelerle kablosuz tıbbi izleme” döneminin başlangıcını temsil ediyor ve özellikle kronik hastalıkların seyri ile kanser gibi erken teşhis gerektiren durumlarda sağlık sisteminde köklü değişiklikler yaratabilir. Geliştirilen yaklaşım, sentetik biyolojinin sunduğu genetik programlama olanaklarıyla mümkün oldu. Araştırmacılar, bağırsaklarımızda yaşayan E. coli bakterilerinin genetiğini, belirli hastalık moleküllerine tepki verecek şekilde yeniden düzenledi. Ekip, “Shewanella oneidensis” isimli başka bir bakteri türünden alınan proteinleri E. coli bakterilerine yerleştirdi. “Cytochrome c” adlı bu protein, hücre dışına sürekli elektron göndererek çalışıyor. Yeni bir molekül algılandığında bakteriler, antenin magnezyum yapısını normalden daha hızlı aşındırarak elektromanyetik davranışını değiştirecek sinyal üretiyor. Şeker, süreci şu şekilde açıklıyor: “Bütün bakteriler bizim hücrelerimizde çevreyle elektron alışverişinde bulunur, bu normal bir süreç. Ancak Kuzey Denizi’nde yaşayan Shewanella oneidensis bakterisi, çevresinde tellere benzeyen protein yapıları var. Oradan sürekli elektron gönderip bunu solunum için kullanıyor. Biz bu proteinleri E. coli bakterisinin içine ekledik.”
GERÇEK VÜCUT ORTAMINDA BAŞARILI SINAMA
Araştırma ekibi, geliştirdikleri yöntemin gerçek vücut koşullarına benzer koşullarda işleyişini göstermek için implantı kas dokusunu taklit eden bir sıvı modelin içine yerleştirdi. Çalışmanın dikkat çekici bulgusu, sistemin 25 milimetre implant derinliğinde (insan vücudundaki gerçek koşullara eşdeğer bir mesafede) kablosuz olarak okunabilir net bir sinyal sunabilmesi oldu. Bu ilerleme, biyolojik bir hücre yanıtının ilk kez tamamen pasif bir radyo anteni üzerinden dış dünyaya aktarılabildiğinin çarpıcı bir kanıtını oluşturuyor.
GELECEKTEKİ HEDEF ENFEKSİYONLAR
Araştırmacılar, bu teknolojinin gelecekte daha geniş bir yelpazede uygulanabileceğini öne sürüyor. Genetik devrenin işleyiş prensibi değişmediği sürece, bu sistem kanser belirteçleri, enfeksiyon göstergeleri, toksinler, metabolik maddeler veya hormon benzeri pek çok biyomolekülü algılayabilmek üzere yeniden programlanabiliyor. Üstelik magnezyumdan yapılmış olması, zaman içinde vücut tarafından emilerek güvenli bir kullanım sunabiliyor. Pil gerektirmemesi ve elektronik devre içermemesi de maliyeti düşürebilirken, cihazın uzun süreli kullanımda arızalanma riskini ortadan kaldırabilir. Ancak bu tüm yeniliklerin hayata geçebilmesi için sistemin hayvanlar ve insanlar üzerindeki klinik testlerden geçmesi gerekecek. Bilim insanları, sistemin daha fazla biyomolekülle çalışabilmesi amacıyla yeni genetik devreler geliştirmeyi, hayvan deneylerine geçmeyi ve kablosuz okuma hassasiyetini artırmayı planlıyor. Şeker, hayvan deneylerine çok yakında başlanabileceğini belirtirken, “Enfeksiyon hastalıklarındaki enflamasyonla başlayacağız. Bu durum, özellikle immün terapi alanında büyük bir sorun teşkil ediyor” diyerek yeni projelere dikkat çekiyor.
BİZİ NASIL BİR ÇAĞ BEKLİYOR?
Şeker, kulağa bilimkurgu gibi gelen bu yenilik bağlamında, insanların belki de sadece bir kapsül yutarak vücutlarının sürekli izlenebileceği bir teşhis ortamının doğabileceğini belirtiyor. Hâlihazırda benzer haplar, gastrointestinal hastalıkların takibi için kullanılıyor. Erken teşhis, bu alandaki en önemli olanaklardan biri olarak öne çıkıyor. Şeker, “Sağlıklı bir birey bu kapsülü aldığında, kapsül bağırsaklarda yaşarken sinyalleri toplayacak ve bunları dışarıya sürekli