Kalp Nakli İçin Canlı Vatoz Robot

Organik gıda var da organik robot neden olmasın? Harvard Üniversitesi fare kalp hücrelerinden canlı robot vatoz üretti. Vatoz balığına benzeyen yeni organik robot hem deniz canlılarının araştırılmasında hem de kalp nakli ameliyatları için yeni nesil yapay kalpler üretmekte kullanılacak.

Organik yapay kalp nedir?

Görünüşte çelişkili gelen bu ifade aslında doğru: Bilim insanları kalp hastalarına 80’li yıllarda geliştirilen ve özünde gelişmiş bir metalik pompa olan yapay kalp takmaktan bıktılar.

Artık kalp nakli için kalp hastalarını gerçekten iyileştiren, onları koşunun yasak olduğu hareketsiz bir yaşamdan kurtaran, yaşlılara gençler gibi hareket kabiliyeti kazandıran ve insan ömrünü uzatan organik yapay kalpler kullanmak istiyorlar.

Evet, organik kalpler laboratuar ortamında yapay olarak (fabrikasyon teknikleriyle) üretilecek; ama aynı zamanda canlı kas hücrelerinden oluştuğu için plastik yapay kalplerden çok daha esnek, kullanışlı ve sağlıklı olacak.

İlgili yazı: Ahtapot DNA’sı uzaylı mı?

 

Neden robot vatoz?

Dolayısıyla neden fare kalp hücreleri? Önce en basit cevabı verelim: Fare vücudu genetik ve fizyolojik olarak insan metabolizmasına sandığımızdan daha çok benziyor. Bu nedenle insanlarla ilgili birçok ilaç ve tedavi önce farelerde deneniyor. Robot vatoz sorusuna gelince:

Bilim insanları kalp hastaları için esnek ve çevik bir organik yapay kalp geliştirmek istiyor. Planları da gelecekte insan kalbine bakım ve onarım yapacak genetiği değiştirilmiş hücreler enjekte etmek. Bu hücreler organik iç protezlerin yardımıyla hasar görmüş kalp kaslarını onaracak ve kalp ritim bozukluğu gibi riskli hastalıkların tedavisinde kullanılacak.

Robot vatozun türevleri hareketli organik sonda gibi çalışacak ve kalbin üzerinde hareket ederek veya kalbe yara bandı gibi yapışarak ilaç tedavisi yapacak ya da kalp kaslarına düşük voltajlı elektrik vererek ritim bozukluğunu giderecek.

Ancak, hekimlerin bu tür gelişmiş robotlar üretmeden önce organik robot yapmayı öğrenmesi gerekiyor ve robot vatoz da gerekli teknolojileri geliştirmek için test platformu olarak kullanılıyor.

İlgili yazı: DNA’nın Tutkalı Kuantum Dolanıklık

 

Nasıl çalışıyor?

Bilim insanları fare kalp kası hücrelerini ince bir silikon film üzerine yerleştirdiler ve bunları vücutta alerjik reaksiyona yol açmayan bir altın iç iskeletin (yapay kılçık!) üzerine yerleştirerek mini robot vatoz ürettiler.¹

Canlı robot vatoz 200 bin kalp hücresiyle çalışıyor. Işığa tepki vermek üzere genetik değişikliğe uğratılmış kalp hücreleri, mavi LED ışıkta kasılarak canlı robota hareket kabiliyeti kazandırıyor. Bu noktada iç iskelet yüzgeçlerin dalgalanması ve robotun suda yüzmesi izin gereken desteği sağlıyor.

Optogenetik olarak adlandırılan ışıkla kontrol tekniği aynı zamanda insanlar ve hayvanlarda göze yansıtılan keskin ışıkla hatıra tetiklemek veya hafıza silmekte kullanılıyor. Optogenetiğin kötü anıları silme yoluyla psikolojik terapide kullanılması da tartışılıyor.

İlgili yazı: DNA’da gizli yeni veri katmanı keşfedildi: Epigenetik kod

 

Optik uzaktan kumanda

Bilim insanları 10 gram ağırlığında ve 16 mm boyundaki canlı vatozu ışıkla uzaktan kumanda ediyor. Harvard Üniversitesi’nden Prof. Dr. Kevin Kit Parker, “Bu şeyi uzaktan kumanda ile etrafta dolaştırabiliyoruz; yani sudaki engelleri aşmak için slalom yapabiliyor” diyor.

Gerçek vatozun onda biri boyundaki minyatür robot suda kasılıp dururken, kalp hastalıkları tedavisi için insan kalbinin nasıl kan pompaladığı hakkında önemli veriler sağlayacak.

Parker’a göre bunun için vatoz balığını seçmelerinin asıl sebebi vatoz kaslarının insan kalp kaslarına çok benzemesi: “Vatoz kaslarının insan kalbiyle aynı şeyi yaptığını görüyoruz. Bu kaslar sıvı pompalamak için çalışıyor.”

Robot vatozun “önüne ışık tuttuğumuz zaman kaslara elektrik sinyali gidiyor ve bu sinyal kas dokusunda su dalgaları gibi yayılan kasılma hareketlerine yol açıyor. Yüzgeçlerini dalgalandırarak hareket eden robot sanki ışığı kovalıyor.” Mürekkepbalıklarının yüzgeçleri de benzer şekilde çalışıyor.

İlgili yazı: Hayat Neden Var? >> Yeni hayat teorisi ve evrimin termodinamik kökenleri

 

Aynı suya iki kez girilmez

Ve kalp aynı şekilde iki kez atmaz: Parker’ın dediği gibi, “Fizyoloji ders kitaplarımızda kalbin her seferinde aynı şekilde atarak kan pompaladığını varsayıyoruz. Ancak kalp-damar cerrahlarına sorarsanız, kalbin her seferinde farklı attığını söyleyeceklerdir.”

Robot vatoz kalp cerrahlarına insan kalbinin nasıl attığını gösterecek ve bunu bugünkü bilgisayar simülasyonlarından çok daha iyi bir şekilde yapacak.

İlgili yazı: Ölümsüzlük Arayışı >> Google’a göre insanlar 500 yıl yaşayabilir

 

Işığa duyarlı kalp kası nasıl üretildi?

Bilim insanları bunun için fare kalp hücrelerini aldılar, genetik koduna ışığa duyarlı olan özel proteinler eklediler ve böylece robotu ışıkla uzaktan kontrol ettiler.

Robotun iskeletini farklı dalga boylarına duyarlı kas hücreleriyle kaplayan bilim insanları ışıkla farklı komutlar göndererek robotun ileri geri hareket etmesi ve manevra yapmasını sağladılar.

Ancak, kasların düzgün çalışması için bunları iç iskeletle desteklemek gerekiyordu: Altın iskeletin üzerindeki mikroskobik çentiklere yerleştirilen kas hücreleri çoğalarak robot vatozun yüzgeçlerini dalgalandıran kas dokusunu ürettiler.

İlgili yazı: Hayatın fiziksel anlamına dair 3 bilimsel cevap

 

Peki robot mu cyborg mu?

Cyborg kelimesini esnek anlamda kullanırsak plastik ve metalden üretilmiş yapay kalp takılı bütün insanlara cyborg diyebiliriz.

Ancak, terimi transhümanist tasarımcı Natsha Vita-More’un yaptığı gibi dar anlamda kullanırsak sadece “vücuduna inorganik malzemelerden üretilmiş makineler takarak üstün özellikler kazanan insanlara” cyborg diyoruz. Örneğin, suda nefes almak için vücuduna metalik yapay solungaçlar takan bir insan biyonik adam sınıfına girecektir.

Öte yandan, kök hücre tedavisiyle genetik kodunu değiştirerek kas gücünü artıran bir asker de sentetik biyolojinin, yani mevcut canlı türlerine yeni biyolojik özellikler kazandırma biliminin alanına girecek. Cyborg balıkadamlar ve GDO’lu üstün askerler şimdilik sadece bilimkurgunun konusu.

Oysa halk arasında yanlış kullanılan adıyla GDO’lu gıdalar bugünün gerçeği (GDO, genetiği değiştirilmiş organizma demek) ve bu açıdan bakarsak yapay vatozun iki gruba da girmediğini görüyoruz. Yapay vatoz ne sentetik bir canlı ne de cyborg. Bunun yerine, kısmen canlı hücrelerden üretilen organik bir otomat.

İlgili yazı: İnsan DNA’sına Yeni Harfler Ekleniyor, Sentetik İnsan Geliyor

 

Öyleyse canlı mı?

Yazıda kullandığım canlı robot ifadesi aslında işin esprisi ve yapay vatoz bilimsel olarak canlı sınıfına girmiyor; ama bunu görmek için önce canlılık tanımına bakmak lazım.

Her ne kadar biyolojide özellikle canlı ve cansız arasında kalan virüsler nedeniyle kesin bir canlılık tanımı olmasa da biyologların üzerinde anlaştığı bir takım canlılık özelikleri var: Bunların arasında beslenme, kimyasal reaksiyonlarla kendi enerjisini üretme, büyüme, üreme ve çoğalmayı sayabiliriz. Yapay vatoz uyaranlara tepki vermek dışında bu özellerin hiçbirine sahip değil.

Üstelik insan vücuduna organik makine gözüyle bakarsak bütün canlıların organik robot olduğunu söyleyebiliriz. Ancak, yapay vatoz beslenmek ve besinlerden enerji sağlamak için sindirim organlarına, kendi kendine hareket etmek için de merkezi sinir sistemine, hatta basit bir kontrol çipine bile sahip değil.

Bu durumda kısmen canlı kalp hücreleriyle çalışan basit bir makine olan yapay vatozu organik robot sınıfını da sokamayız. En iyisi, ışığa elektrik sinyalleriyle tepki göstererek harekete geçen kaslar kullanan ve bu açıdan Mary Shelly’in elektrikle hayat bulan Frankenstein yaratısını (?) andıran yapay vatozu organik otomat sınıfına sokmak. Bu da bizi diğer soruya getiriyor:

İlgili yazı: Organik Bilgisayar Çağı

 

Robotlar canlı olabilir mi?

Bugün organik otomat yapan insanoğlunun yarın organik robotlar yapmaması için bir neden yok. Özellikle de insan vücudunun organik bir makine olduğu tezinden yola çıkarsak Battlestar Galactica dizisinde organik robot olarak tanımlanan Cylonlarla aramızda pek bir fark olmadığını söyleyebiliriz.

Dizide Cylonların tek farkı beyinlerine internetten bilgi yükleyebilmesi ve vücutları ölünce zihinlerini merkezi sunuculara aktararak kendilerine yeni vücut klonlayıp ölümsüzlüğü yakalamalarıydı. Bugün imkansız bir şey, ama fütüristler tekillik gelmeden önce insanların bunu yapabileceğini söylüyor.

İşin içine insanlara organik yapay kalp ile organik protez takmayı ve canlıların genetiğini değiştirerek GDO teknolojisiyle yeni canlı türler yaratmayı da katarsak işler iyice karışıyor; çünkü bu yöntemde cyborg yaratmak yerine sentetik biyoloji, inorganik protez yerine de organik protezler kullanılıyoruz.

Bu bağlamda gelecekte hem cyborg teknolojisiyle yaratılacak olan üstün insanları hem de telepatik internet yoluyla beynini bilgisayarlara bağlayarak organik süper bilgisayara dönüşecek Süpermenleri sınıflandırmak için yeni bir canlı tanımı geliştirmemiz gerekiyor. Robot vatozla yaptığımız şey bu bakir alana küçük bir adım atmak.

İlgili yazı: DNA ile Bilgisayar Montajı

 

Mütevazı başlangıç

Aslında Kit Parker’ın amacı felsefe sorularına yanıt vermek değil. Kendi değişiyle asıl amacı “Yapay kalp yapmak; ama sıfırdan başlayarak bir gecede yapay kalp üretemezsiniz. Yapay vatozla sadece antrenman yapıyoruz.”

Bugünkü yapay kalpler karmaşık birer mekanik pompa, ama organik kalpler gerçek insan kalbi gibi doğal çalışacaklar. Parker, “İnsan kalbinin yapısı belli ve bunun bir sebebi var. Biz de doğal kalp fonksiyonlarını elimizden geldiğince taklit etmeye çalışıyoruz” diyor.

İlgili yazı: Sentetik Vücutlar

 

Biyoprinterda organ basmak varken

Organik kalp otomatı geliştirmeye ne gerek var? Bunun sebebi henüz biyoprinterlarda organ basmayı başaramamış olmamız. Ancak, bu zor işi becerene kadar organik otomatlar ve sentetik biyoloji yoluyla ilerleme kaydedebiliriz.

Genetiği değiştirilmiş organizma teknolojisine dayanan sentetik biyoloji, örneğin kök hücre tedavisi yoluyla insan kalbine kendini onarma kabiliyeti kazandıracak. Nihai hedef ise bütün organlara kopan kertenkele kuyruğunun yeniden çıkması gibi rejenerasyon (yeniden türeme) özelliği kazandırmak.

İlgili yazı: Bilim adamları DNA’ya veri depoladı

 

Ne işe yarayacak?

Her ne kadar zor bir hayal olsa da kalbin kendini yenilemesi organ nakli için kalp klonlama ihtiyacını azaltacak ve yapay kalp ihtiyacını tümüyle ortadan kaldıracak. Sentetik biyoloji sayesinde biyoprinterda organ basmaya pek gerek kalmayacak (kazada yaralanma gibi acil durumlar hariç).

Sonuçta hem sentetik biyoloji, hem rejenerasyon hem de organ klonlama kök hücre tedavisine dayanıyor. Ancak bütün bunlar otuz yıldan önce halka inmeyecek teknolojiler. İşte organik vatoz otomatı bütün bu tedavi yöntemleri için gerekli teknolojileri geliştirmemizi sağlıyor.

Bugün mini yapay vatozun içindeki altın iskeleti kas hücreleriyle kaplayabiliyorsak yarın kazada ağır yaralanan insanların organlarını hızla klonlayıp biyoprinterda basacağımızdan emin olabilirsiniz.

İlgili yazı: Bilim adamları dünyanın ilk plastik hücresini üretti:

 

Meselenin etik boyutu

Peki genetik olarak yeni canlı türleri üretmek için tarımdaki GDO uygulamasını yaygınlaştırmak etik midir? Kişisel görüşüm kök hücre tedavisinin etik olduğu yönünde. Daha doğrusu GDO uygulamasının etik olması için bu teknolojiyi iyiye kullanmalıyız.

Örneğin, klasik “GDO’lu” gıda teknolojisini tohum vermeyen bitkiler geliştirmekte ve böylece Türkiye’yi her yıl dışarıdan yeni tohum almaya zorlamakta kullanmamalıyız. Siz de bu zor soruyu cevaplayacak ipuçlarını bulmak üzere şimdi biyonik bitkilere ve yapay yaprağa geçebilirsiniz.

Yapay organik robot

¹Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray