Araştırmacılar, Boğaziçi Üniversitesi ve Türkiye Sağlık Enstitüleri Başkanlığı işbirliği ile sağlık teknolojilerinde devrim niteliğinde bir çalışmaya imza atarak, vücutta belirli molekülleri gerçek zamanlı olarak algılayabilen ve bu bilgileri kablosuz olarak iletebilen ilk “canlı hücre tabanlı implant”ı geliştirdi. Ekip, genetiği değiştirilmiş bakteriler ile bir elektronik anteni birleştirerek, pil ihtiyacı olmadan çalışan bir biyosensör oluşturmayı başardı. İnsan vücudunda zamanla emilebilecek olan bu implant, hastalıklara dair belirli moleküllerin tespit edilmesini sağlayarak erken teşhis olanağı sunabiliyor. Bu yenilikçi çalışma, “Nature Communications” dergisinde Ahmet Bilir, Merve Yavuz, Urartu Şeker ve Sema Dumanlı tarafından yayımlandı. Özellikle hastalıkların biyobelirteçlerini anlık olarak izleme kapasitesiyle tıp alanında büyük ilgi uyandırması bekleniyor.
CANLI HÜCRELERLE İNSAN VÜCUDUNDA OTOMATİK SAĞLIK TAKİBİ
Mevcut implant sensörleri genellikle glikoz, pH gibi fiziksel parametreleri ölçerken, hastalıkların erken teşhisinde kritik olan moleküllere yönelik biyobelirteçleri gerçek zamanlı takip edemiyor. Optik sistemler veya aptamer tabanlı sensörler bu açığı kapatmaya çalışsa da, çoğu zaman fiber optik kablolarla ve bataryalarla çalışmak zorunda kalıyor. Bilim insanları, bu ihtimalleri geride bırakıp doğrudan canlı hücrelerden çözümler üretmeye yöneldi.
PİLSİZ ÇALIŞAN MAGNEZYUM ANTEN
Geliştirilen implant minimalist bir tasarıma sahip olup, magnezyumdan yapılmış bir halka anten ile bunun üzerine yerleştirilen genetiği değiştirilmiş bakterilerden oluşuyor. Antenin kontrollü bir şekilde zamanla parçalanması hedefleniyor; böylece dışarıdaki “okuyucular” bu süreci izleyerek belirli bir hastalığa yönelik moleküllerin varlığını tespit edebiliyor. Dışarıdaki okuyucu, implantı uyaran radyo dalgaları gönderiyor ve implantın mevcut fiziksel durumuna göre geri yansıyan sinyali analiz ederek, parçalanma sürecini tanımlabiliyor. Araştırmanın yazarlarından ve SynBioLab’in kurucusu Urartu Şeker, “Hastada ısı değişikliği oldu, yani ateşe çıktı. Ya da bir iltihabi durum meydana geldi. Bunların hepsi birer sinyaldir. Biz bunu antenin özelliklerini değiştirecek bir hale çevirdik” şeklinde açıklıyor.
DİYABETTEN BÖBREK SAĞLIĞINA: “DOKUNMADIĞI TIBBİ ALAN KALMAYACAK”
Çalışma, kanser, inflamasyon veya metabolik rahatsızlıkların izlenmesine dair önemli bir fırsat sunarak, tıpta yeni bir dönemin başlangıcı olarak değerlendiriliyor. Şeker, “Birçok çalışmamız mevcut. Örneğin, ağır metalleri algılayarak optik sinyal üretebilen bir bakteri üzerinde çalışıyoruz. Diğer bir çalışmamız, üre ve kalitesini tespit eden bakterilere yönelik” ifadelerini kullanıyor. Ayrıca, “Glikozu algılayıp bu bileşeni kana veren probiyotik bakteriler de bulunuyor” diyor. Şeker, bu sistemin günlük yaşamda kullanılabilir hale gelmesiyle tıp alanında büyük dönüşümlerin yaşanabileceğini belirtiyor.
SENTETİK BİYOLOJİ VE YENİ İMKANLAR
Araştırma süreci, sentetik biyolojinin genetik programlama yetenekleriyle gerçekleştirildi. Bu alanda uzmanlaşan araştırmacılar, bakterileri belirli hastalıkların moleküler yanıtlarına göre yeniden programlamış. Çalışmada “Shewanella oneidensis” adlı bakterinin proteinleri, E. coli bakterilerine entegre edilerek yeni özellikler kazandırılmış durumda. Şeker, “Bütün bakteriler çevreyle elektron alışverişi yapar. Kuzey Denizi’nde yaşayan bakterinin etrafında bulunan proteinler bu elektrikleri sürekli gönderiyor. Biz de bu proteinleri E.coli içindeki yapıya dahil ettik” diye aktarıyor.
İNSAN VÜCUDUNA DENK BİR ORTAMDA SİNYAL ÜRETMEYİ BAŞARDI
Araştırma ekibi, geliştirdikleri sistemin gerçek bir vücut ortamında çalışabileceğini göstermek için implantı kas dokusunu simüle eden sıvı bir modele yerleştirdi. Sistem, 25 milimetre derinlikte kablosuz olarak okunabilir net bir sinyal üretebiliyor. Bu bulgu, biyolojik bir hücresel tepkinin ilk kez tamamen pasif bir radyo anteni ile dış dünyaya ulaştırılabildiği anlamına geliyor.
İLK HEDEF ENFEKSİYONLAR
Araştırmacılar, gelecekte bu teknolojiyi daha geniş bir alanda kullanma potansiyeline sahip olduklarını ifade ediyor. Genetik devre değişmediği sürece sistem, kanser belirteçleri ve enfeksiyon göstergeleri gibi pek çok molekülü algılayabilecek şekilde güncellenebilir. Ayrıca, magnezyumdan yapılmış olması implantın zamanla vücut tarafından emilmesine yardımcı olarak güvenli bir kullanım sunuyor. Pil ve elektronik devre ihtiyacının olmaması, hem maliyetleri düşürebilecek hem de cihazın dayanıklılığını artırabilecek. Ancak, sistemin insanlarda uygulanabilmesi için öncelikle klinik deneylerden geçmesi gerektiği belirtiliyor. Şeker, “Enfeksiyon hastalıklarındaki enflamasyonla başlayacağız, bu durum immün terapi alanındaki hastalar için çok büyük bir problem” diyor.
BİZİ NASIL BİR ÇAĞ BEKLİYOR?
Şeker, gelecekte insanların belki de bir kapsül alarak sürekli sağlık taraması yapacakları bir teşhis ortamının ortaya çıkabileceğini savunuyor. Şu anda benzer kapsüllerin gastrointestinal hastalıkların izlenmesinde kullanıldığını hatırlatan Şeker, bu alandaki en büyük potansiyelin erken teşhis olduğunu belirtiyor. “Sağlıklı birey bir kapsül aldığında bu kapsül bağırsaklarda yaşarken sinyalleri toplayacak ve bu verileri dışarıya aktaracak” diyor. Aktarılan verilerin, örneğin kolon kanserinin erken evrelerindeki gelişiminde elde edilen bilgileri de içereceğini ekliyor.