2030′a kadar tıpta devrim yaratacak yeni teknolojiler – I

Gelecek De Gelecek | Michio Kaku | Aralık 30, 2011 at 2:52 pm

Bedenimizle ilgili tüm bilgileri içeren Genomik verilerin sadece küçük bir kısmınıalıp kısa sürede görselleştirmekte kullanılan çeşitli yazılımlar var.

 

GENOMİK TIP
Tıpta halen yaşadığımız patlama düzeyindeki olağanüstü hızlı gelişmenin arkasındaki esas güç quantum teorisi ve bilgisayar devrimidir. Kuantum teorisi bizim her protein ve DNA molekülündeki atomların nasıl dizildiğiyle ilgili muhteşem ayrıntılı modeller kurabilmemizi sağlamıştır. Şimdi bir hayatın moleküllerinin sıfırdan atom atom nasıl inşa edileceğini bilmekteyiz. Ve – eskiden uzun, yorucu ve pahalı bir işlem olan- bir gen dizilimini bugün robotlarla tam otomatik olarak gerçekleştirebilmekteyiz. Eskiden bir insan bedenindeki tüm genlerin dizilimini çıkartmak 5-6 milyon dolardan aşağı değildi. O kadar çok vakit alan ve pahalı bir işlemdi ki sadece bir avuç insanın genomuna bakılabildi. Bu egzotik teknolojinin kısa vadede ortalama bir insanın bütçesi içinde sığacak hale gelmesini bekliyoruz.

90′larda Frankfurt’daki bir konferansta 2020′ye kadar kişisel genomların (yani herkesin içinde tüm genomunu tanımlayan bir çip sahibi olmasının) gerçek bir olasılık olacağı öngörüsünde bulunmuştum. İzleyiciler arasından bazıları bunun hayal olacağını, halen 3 milyar dolara patlayan okuma işinin o tarihe kadar herkesin bütçesine sığar hale gelmesinin mümkün olamayacağını söylediler. Şimdi geriye baktığımda süre konusundaki tahminimin erken değil tam aksine geç olabileceğini düşünüyorum.

Stanford mühendisi Stephen R. Quake gen dizilimi konusundaki son teknolojiyi geliştirdi. 2011 itibariyle maliyeti 50bin dolar civarına düşürdü. Birkaç yıl içinde 1,000 dolara kadar düşeceği tahmininde de bulundu.

Bilim adamları maliyetin bu mertebeye düşmesinin kitle olarak gen dizilimleri yapılmasının yolunu açacağını, bunun da insan ırkının geniş bir kısmının yararına olacağını çoktandır öngörmekteydiler.

Birkaç on yıl içinde gen diziliminizi elde etmenin 100 doların altına yani şimdiki standart bir kan testi maliyeti mertebesine inmesini bekleyebiliriz.

Maliyet avantajı sağlayan son teknolojinin anahtarı kişinin dizilmekte olan DNA’sının zaten dizilmiş diğerlerininkiyle karşılaştırılmasında yatıyor. İnsan genomunun 32 bit bilgi içeren DNA birimleriden oluşan birimlere ayrılması ve bilgisayar tarafından bu birimlerin içeriğinin diğer insanlara ait elde olanlarla karşılaştırılması işi çok hızlandırmaktadır. Herhangi iki insanın DNA’ları arasındaki farkın yüzde 0.1′den az olması bu konuda büyük avantaj sağlıyor.

Quake kendisi dünyada tüm genom dizilimi yapılan sekizinci kişi oldu. Bu konuya olan kişisel ilgisi de kalp hastalığı konusundaki kişisel genom kanıtlarını araştırmak arzusundan kaynaklanmaktaydı. Maalesef genomunda kalp hastalığıyla ilgili atalarından gelen bir gen versiyonunun olduğunu da öğrendi.

Kendim de bir BBC TV/ Discovery programı vesilesiyle genomumun bir kısmını taratmıştım. Bir doktor benden kan alarak Vanderbilt Üniversitesindeki laboratuara gönderdi. İki hafta kadar sonra postayla elime gelen CD-ROM’da genlerimin binlercesinin listesi vardı. Kendi tasarımıma ait ozaliti elimde tutmak gibi çok tuhaf bir duygu veriyor bu. .Çünkü aslında bu bilginin tamamı benden bir kopya yapmak için yeterlidir.

Ama ayrıca, bu bilgi bedenime ait kimi gizleri de içerdiğinden merakımı cezbetmekte idi. Mesela atalarımdan gelen ve Alzheimer hastası olma riskimi arttıran bir gen olup olmadığını görebilirdim. (Endişem annemin Alzheimer’dan ölmüş olmasından kaynaklanıyor. Bereket ki bende öyle bir genin olmadığı belirlendi. )

Ayrıca bendeki genlerin dört tanesi dünyadaki genlerini analiz ettirmiş olan binlerce diğer insanla tam ayni çıktı. Bunların yaşamakta oldukları yerleri dünya haritası üzerine yerleştirince Tibet civarından doğup Çin ve Japonya üzerinden dünyaya yayılan bir iz ortaya çıkmakta idi. Annemin atalarının binlerce yıl geriye doğru göç yollarını keşfetmek hayret vericidir. Onlardan bana kalmış hiçbir yazılı kayıt bulunmasa da onların seyahat yolları benim kanımda ve DNA’mda kayıtlı durumda. Babanızın atalarının izleri de takip edilebilir.

Mitokondriyel genler anadan kıza değişmeden geçer. Y kromozomları ise babadan oğula geçiyor. O yüzden bu genleri analiz ederek atalarınızın göç yollarını ister anneniz, ister babanız üzerinden ayrı ayrı izleyebilirsiniz.

Yakın vade içinde benim yaşamış olduğum tuhaf duyguyu, (yani içinde tehlikeli hastalık potansiyelini ve atalarının göç yolu profilini de barındıran) kendi bedenimin tasarımına ait planları elinde tutma duygusunu birçok insanın daha yaşayacağını tahmin ediyorum.

Biyoinformatik içinde çok sayıda önemli alt disiplin bulunur.


Bilim adamları açısından bu “Biyoinformatik” adı verilen (ve işi bilgisayar kullanarak binlerce organizmanın genomunu hızlı bir şekilde tarayıp analiz etmek olan) tümüyle yeni bir bilim dalının ortaya çıkması demek oluyor. Örneğin belirli bir hastalıktan muzdarip birkaç yüz kişinin genomunu bilgisayara yükleyerek, eğer varsa hastalığı üreten DNA arızasının nereden kaynaklandığını bulmak mümkün. Aslında halen dünyanın en güçlü bilgisayarlarından bazıları biyoinformatik alanında çalıştırılıyor. Belirli anahtar genler açısından bitki ve hayvanlarda bulunan milyonlarca gen taranıyor.

Bunun bir sonucu olarak örneğin CSI gibi TV dedektif dizilerinde bile bir devrim yaratılabilir. Kan lekesi, tükrük, saç kökü gibi şeylerden bulunan küçük DNA parçalarından hareketle kişinin sadece saç, göz rengi, boy, etnik köken, tıbbi geçmişi gibi özellikleri değil yüz şekli bile belirlenebilir. Halen polis ressamları sadece kafatasını kullanarak mağdurun yüzünün tahmini şeklini çıkartabiliyorlar.

Gelecekte ise sadece bir saç kepeği veya kandan hareketle kişinin yüz özellikleri tamamen bilgisayarda yaratılabilir

. Tek yumurta ikizlerinin (onca farklı çevre koşullarında yaşamalarına rağmen) yüzlerinin şaşılacak kadar ayni olması gerçeğinden hareketle yüzün tamamen genetik belirleyiciliğinde olduğunu söyleyebiliriz.

 

BİR DOKTORA GÖRÜNMEK

Sağlık sorunumuzla ilgili ilk başvuracağımız kişi bir aile hekimi değil, kendi bilgisayarımızdaki özel sanal doktorumuz olacak !

Doktora görünme olayımız gelecekte tamamen değişecek gibi görünüyor. Bir duvar ekranından doktorla konuştuğumuzda büyük olasılıkla konuştuğumuz kişi bir bilgisayar programından ibaret olacak. Banyomuzda şimdiki bir hastanede olandan fazla algılayıcı sensor bulunacak. Bunlar sayesinde örneğin vücudumuzda oluşacak kanser hücreleri bir tümör oluşturmadan çok daha önce banyomuzdaki sensörler tarafından keşfedilmiş olacak. Örneğin yaygın kanser türlerinin %50′den fazlası bu sensörlerin kolayca belirleyebileceği bir P53 geninin mutasyonundan oluşmaktadır.

Kanser belirtisi ortaya çıktığında, nanopartiküller kanımıza enjekte edilecek. Bunlar akıllı bombalar gibi kanserle savaşacak ilaçları gidip doğrudan kanser hücrelerine zerkederek onlarla savaşacaklar. Bu tedavi yöntemi karşısında şimdiki kemoterapi uygulamaları eskinin sülükle tedavi yöntemleri gibi ilkel kalacak.

Eğer duvar ekranınızdan size konuşan doktor(bilgisayar) bir organınızdaki arızayı gideremez, ya da hastalığı tedavi edemez ise, o zaman o organın yeni üretilecek. Halen sadece ABD’de 91bin kişi organ beklemekte. Organ bulunamamasından dolayı da her gün 18 kişi ölüyor.

Evinizdeki sanal doktorunuz hastalıklı organ gibi bir sorununuz olduğunu belirlerse hemen sizin kendi hücrelerinizden üretilecek yeni bir organ sipariş edebilir. Halen tıbbın en ateşli konularından birisi “Doku Mühendisliği”. Bu alan bir insana bedeninin tüm parçalarının yenilerini sipariş edebileceği dükkanlar vadediyor.

Şu ana kadar bilim adamları laboratuarda sizin kendi hücrelerinizden deri, kan, kan damarları, kalp kapakçıkları, kıkırdak, kemik, burun ve kulaklar üretebilmeyi başarmış durumdalar. İlk büyük organın (mesane) yetiştirilebilmesi 2007 yılında ilk nefes borusu ise 2009 yılında başarılmıştı.

Şimdiye kadar yetiştirilebilmesi başarılmış olan organlar sadece birkaç doku tipine ve yapıya sahip nispeten basit organlar. Ama, beş yıl içinde ilk karaciğer ve pankreas’ın üretimi başarılabilir. Bunun ise kamu sağlığı üzerine etkileri çok daha derinden olacaktır. Nobel ödülü sahibi Walter Gilbert’in bana söylediğine göre vücudumuzdaki hemen her organın kendi hücrelerimizden üretilebilmesi önümüzdeki birkaç on yıl içinde kesinlikle gerçekleşebilir.

Doku mühendisliği yeni organlarınızı üretmek için önce sizin bedeninizden birkaç hücre alıyor. Bunları üretilecek organın biçiminde bir sünger gibi olan plastik kalıba koyuyor. Bu plastik kalıp biyo çözünebilir poliglikolik asitten yapılma. Hücrelere kalıbın içinde büyüyebilmeleri için gelişmeyi simüle edecek faktörlerle tretman yapılıyor. Sonunda kalıp çözünüp gidiyor, ortaya tam gelişmiş organ çıkıyor.

Bu mucize teknolojiye Anthony Atala’nın Wake Forest Üniversitesindeki laboratuvarında birinci elden şahit oldum. Laboratuvarda canlı insan organlarının üretildiği şişeler bulunmaktaydı. Şişelerde kan damarları, mesaneler vardı. İçinden sıvı pompalanmakta olduğu için sürekli açılıp kapanmakta olan kalp kapakçıkları gördüm. Kendimi Dr. Frankenstein’in laboratuvarında geziyormuş gibi hissettim. Tabii çok önemli farklar var. Ondokuzuncu yüzyıl itibariyle doktorlar bedenin reddetme mekanizmasnı henüz bilmedikleri için o organları bedene takmaları imkansızdı. Üstelik doktorlar ameliyattan sonra herhangi organı kaçınılmaz olarak kontamine edecek olan enfeksiyonların nasıl durdurulabileceğini henüz bilmiyorlardı. O yüzden Atala, bir canavar yaratmak yerine tıbbın çehresini baştan aşağı değiştirecek olan yepyeni hayat kurtaran bir tıp teknolojisi geliştirmekte.

Bu laboratuvarın gelecekle ilgili bir hedefi belki beş yıl içinde bir karaciğer yetiştirebilmek. Karaciğerin yapısı o kadar karmaşık değil ve sadece birkaç tip dokudan oluşuyor. Laboratuvarda geliştirilecek karaciğerlerle özellikle transplant bekleyen hastalardan binlercesinin hayatı kurtarılabilir. Sirozdan kıvranan birçok alkoliğin hayatı da kurtulabilir. (Tabii, nasıl olsa gerektiğinde yenisiyle değiştirebilirim diye düşünecek bazı insanların kötü alışkanlıklarını sürdürmelerini teşvik de edebilir.)

Nefes borusu ve mesane gibi organlar şimdiden yetiştirilebildiğine göre, yakın bir gelecekte bilim insanlarının tüm vücut organlarını üretilebilir hale gelmelerini kim engelleyebilir?.

Halen bilinen bir temel sorun hücrelere kan besleyen kılcal damarların yetiştirilebilmesi ile ilgili. Çünkü bedende bulunan tüm hücrelere kan ulaştıran bir temas olması gerekiyor. Bir de karmaşık yapılı dokuların geliştirilmesiyle ilgili sorunlar var. Örneğin böbrekler. Kanı zehirlerden arındıran böbrek milyonlarca minik filtreden oluştuğundan bu filtrelerin kalıbını yapmak çok güç.
Yetiştirilmesi en güç organ kuşkusuz beyin. Önümüdeki birkaç on yılda gerçekleştirilmesi imkansız bir proje gibi görünse de onu sıfırdan yetiştirmek yerine beyine taze hücreler enjekte edilerek onun kendi kendine beynin sinir ağlarına katılmasını beklemek mümkün. Tabii bu yeni hücre ekleme işi biraz gelişigüzel olacağından hastanın böyle bir durumda birçok temel fonksiyonu da yeni baştan öğrenmesi gerekecek. Ancak, beyin plastiktir. Yani kendi formunu ve çalışma biçimini değiştirebilir. Yeni bir görev öğrendiğinde tüm ağ bağlantılarını kendisi yeniden oluşturur. O yüzden yeni hücrelerin göreve koşulması kendiliğinden olabilecektir.

 

KÖK HÜCRELER (Stem Cells)
Yukarıda konuştuklarımızın bir adım ötesi kök hücre teknolojisi uygulamaları oluyor. Buraya kadar anlattıklarımızda, beden organlarını yetiştirmekte kullanılan hücreler kök hücreleri değil, kalıp içinde hızla çoğalmak üzere işlem görmüş diğer hücrelerdi. Yakın gelecekte ise organları üretmek için doğrudan kök hücreleri kullanmak mümkün olacak.

Kök hücreler yardımıyla bedenimize gereken hemen hemen tüm parçalar üretilebilir.

Kök hücreler diğer tüm hücrelerin anası niteliğindedirler. Bedende var olan her hücre tipine dönüşebilirler. Aslında bedenimizdeki tüm hücreler bütün vücudumuzun yaratılabilmesi için gerekli genetik kodların tamamını taşıyor. Ama, hücrelerimiz olgunlaştıkça özelleşerek belirli bir hücre tipine dönüşür ve taşıdığı genlerin birçoğu inaktif hale gelir. Örneğin bir cilt hücresi her ne kadar temelde bir kan hücresine dönüşebilecek kodlara da sahip ise de, embriyonik hücre yetişkin bir cilt hücresine dönüştükten sonra öbür genleri etkisizleşmiştir. .

Embriyonik kök hücreler ise herhangi bir tür hücreyi yeniden oluşturabilecek kapasiteyi ömürleri boyunca korurlar. Bilim adamları her ne kadar bu kök hücrelere diğerlerinden fazla değer verirlerse de bu konu tartışmalıdır. Çünkü bu hücreleri çıkartabilmek için embriyo’nun feda edilmesi gerekir. Bu da etik tartışmaları ortaya çıkartmaktadır. (Gerçi şimdi Lanza ve arkadaşlarının öncüsü oldukları bir çalışma belirli bir hücre tipine dönüşmüş durumdaki olgun kök hücrelerini alıp yeniden embriyonik kök hücrelere dönüştürmeyi amaçlamaktadır.)

Kök hücreler diyabet (şeker), kalp, Alzheimer, Parkinson, hatta Kanser gibi bir çok hastalığı iyi edebilme potansiyeline sahipler. Aslında kök hücrelerin etkisi olmayacak bir hastalık düşünebilmek mümkün değil. En önemli bir uygulama alanı daha önce tedavisine imkansız gözüyle bakılan omurilik zedelenmesi. 1995 yılında yakışıklı aktör Christopher Reeve (Süpermen) total felç olmasına yol açan şiddetli bir omurilik zedelenmesine uğramıştı. Tedavisi de yoktu. Ancak, hayvanlarla yapılan çalışmalarda kök hücrelerle omurilik tedavisinde ciddi mesafe katedildi.

Colorado Üniversitesinden Stephen Davies farelerde omurilik tedavisinde etkileyici başarılar elde etmiş durumda. Kendisi doğrudan merkezi sinir sisteminin içine yetişkin nöronların nakledildiği bazı deneyler yürüttü. Tam Frankenstein deneyleri. Çok şaşırtıcı olarak şu görüldü ki bir hafta içinde yetişkin nöronlar beynin bir yanından öbürüne yeni sinir fiberleri göndermeyi başarmaktadır.

Omurilik zedelenmesinin tedavisinde sinirleri tamir yolundaki her girişimin büyük bir ızdırap ve sıkıntı kaynağı olacağı yaygın bir kanıdır. Davies sinir hücrelerinin astrosit denilen bir ana türünün iki çeşidi olduğunu ve bunlarla yapılan çalışmaların sonuçlarının da farklı olduğunu keşfetti.

Davies’in söylediğine göre , omurilik zedelenmesinin tedavisinde doğru astrositler kullanıldığında ızdırapsız olumlu gelişmeler elde edilmekte, öbürleriyle ise tam tersine, gelişme olmadığı halde bol ızdıraplı durumla karşılaşılmaktadır. Dahası, Davies kök hücrelerle yaptığı çalışmalarla öncüsü olduğu bu teknolojinin kalp krizleri, Alzheimer ve Parkinson hastalıklarında da aynen geçerli olduğu düşüncesindedir.

Embriyonik kök hücrelerin dönüştürülmesiyle vücutaki hemen her tür hücrenin yaratılabileceği gerçeğinden hareket ettiğimizde olasılıkların sonsuz olduğunu görürüz. Öte yandan, Minnesota Üniversitesi Kalp ve Damar Hastalıkları Tedavi Merkezi direktörü Doris Taylor kök hücrelerle ilgili daha çok ciddi çalışmaların yapılmasının gerekliliğine işaret etmektedir. Ona göre kök hücreler “iyi”, “kötü”, ve “çirkini” (hepsini birden) temsil etmektedir. İyilerken, laboratuvarda büyük niktarda yetiştirilebilir, doku, organ ya da vücut parçalarına dönüştürülebilirler. Kötü ike ise büyümeyi ne zaman durduracakları belli olmaz ve tümörlere yol açarlar. Çirkin olan ise şu anda onlarla ilgili tüm ipuçlarını anlayıp çözebilir durumda olmadığımızdan sonucu kontrol edememekteyiz. O yüzden de daha ciddi laboratuvar çalışmaları yapılmadan henüz onları kullanmaya hazır durumda değiliz.

Kök hücreleri araştırmalarının şu anda karşı karşıya olduğu temel problemlerden birisi, bu hücrelerin çevrelerinden bekledikleri bazı kimyasal ipuçlarını almadıkça, kanseröz bir noktaya varıncaya kadar çılgınca üremelerini sürdürebildikleridir. Bu konuda bilim adamlarınnın şu an farkına vardıkları gerçek, hücreler arasında geçen belli belirsiz bazı kimyasal mesajlaşmanın, ne zaman nerede gelişmeyi sürdürüleceği veya durdurulacağı yolundaki işaretler olduğu ve bu işaretleşmenin anlamının da en az hücrenin kendisi kadar önemli olduğu gerçeğidir.

Yine de bu konuda (özellikle de hayvanlarla yapılan çalışmalarda) yavaş ama gerçek bazı ilerlemeler söz konusu.

Taylor 2008 yılında dünyada ilk defa çarpan bir fare kalbini hemen hemen sıfırdan ürettiğinde manşetlere geçmişti

. Ekip çalışmasına bir fare kalbiyle başlayıp, önce kalbin içindeki tüm hücreleri (sadece proteinlerden oluşan kalp şeklinde bir dış çeper iskeleti kalıncaya kadar) eritip yok etti. Daha sonra bu çeper matrisinin içine kalp kök hücrelerinden oluşan bir karışımı ekti ve kök hücrelerin çeperin içinde üreyip yayılmalarını izledi. Bilim adamları daha önce bir petri kabında kalp hücreleri üretmeyi başarmışlardı. Ancak, bu çalışma çarpmakta olan gerçek bir kalbin laboratuvardaki ilk üretilişi oldu..

Kalbin üretilmesi Taylor için de çok heyecan verici olmuştu. “”Kalp hücrelerinin herbirine kan taşıyan kılcal damarlardan itibaren tüm vasküler ağın oluşumu muazzam birşey”” dedi.

ABD hükümetinin bu doku mühendisliği alanındaki çığır açıcı gelişmelerle en çok ilgili bir bölümü de Ordu. Geçmiş savaşlarda kocaman tabur ve alayların son ferdine kadar kırıldığı, çoğunun da tedavi edilemeyen yaralardan dolayı sonradan öldüğü durumlar korkunçtu. Şimdi hızlı çalışan tıbbi tahliye ekipleri yaralıları hızla Irak ve Afganistan gibi savaş alanlarından çıkartıp avrupa ve amerikaya taşıyorlar. Orada görülen birinci sınıf tedavi nedeniyle askerlerin hayatta kalma oranı çok yükselmiş durumda. Tabii hayata kalma oranındaki artış kadar kolunu, bacağını kaybetmiş asker sayısında da artış oldu. Sonuç olarak kol ve bacak üretebilmenin bir yolunu bulmak ordu için öncelikli bir hedef haline geldi.

Ordunun Rejeneratif Tıp Enstitüsü organ yetiştirme konusunda çığır açan bir metod üzerinde çalışıyor. Kertenkelelerin kopan uzuvlarını komple yeniden geliştirebildikleri bilinmektedir. Bunun nedeni kertenkelelerin kök hücrelerinin yeni bir uzuv yapma konusunda uyarılmaları. Konuyla ilgili sonuç veren bir teori parmak uçlarının başarılı olarak yeniden üremesini başaran Pittsburgh Üniversitesinden Stephen Badylak’dan geliyor. Onun ekibi dokuların yeniden üremesini sağlayan mucizevi güce sahip “peri tozu” gibi birşey yaratmış. Bu toz hücrelerden değil hücrelerin cidarları arasındaki matriste bulunan maddeden üretiliyor. Bu matris kök hücreleri belirli bir tarzda büyümeye yöneltecek sinyalleri taşıması dolayısıyla çok önemli. Kopmuş olan bir parmak ucuna bu peri tozu uygulandığında sadece parmak ucunu değil tırnağı da uyarıyor. Bu şekilde parmağın (tırnakla beraber) orijinal hali hemen hemen mükemmel bir şekilde yeniden üretilebiliyor.

Tırnaklı bir insan parmağının sekiz milime kadar bir uç kısmının yeniden üretilmesi başarılmış durumda.

Bundan sonraki hedef bu prosesi (kertenkele vücudunda olduğu gibi) tüm uzvu sıfırdan yeni baştan üretebilecek şekilde geliştirmek.

Yorum gönder

Yorum göndermek için giriş yapmalısınız.