Sentetik Vücutlar >> Bilim adamları dünyanın ilk plastik hücresini üretti: Yapay organlar ve androitler kapıda

Dünyanın ilk plastik hücresini içindeki proteinlere varıncaya gerçeğinden ayırmak imkansız. Yapay hücreler laboratuar kabında doğal bakteriler gibi çoğalıyor, insan hücrelerinin yapabildiği her şeyi yapıyor ve bütün temel kimyasal reaksiyonlarla proteinleri üretiyor.

Plastik hücreler hayvanlar üzerinde yapılan klinik deneyleri azaltacak ve virüsler ile bakterilere karşı yeni ilaç araştırmalarını hızlandıracak.

Yapay hücreler yapay organlar, plastik kaslar ve nihayet sentetik kol ve bacakların üretilmesinde kullanılacak. Yıldız Savaşları’nda Darth Vader’ın Luke Skywalker’ın elini ışın kılıcıyla nasıl kestiğini hatırlayalım. Kahraman Skywalker, kesilen eli yerine metal iskeleti olan ve plastik kaslardan üretilen yapay bir el takmıştı. Bu yazı biraz da o elin ve insana benzeyen robotlarla insanların birbirine gittikçe yakınlaşmasının hikayesidir.

 

 

Klinik deneyler için yapay vücutlar

Bilim adamlarının plastikten yapay hücre geliştirmesinin nedeni elbette ki Terminator filminde olduğu gibi dışı insana benzeyen robotlar, yani androitler üretip dünyayı ele geçirmek değil. Aslında çok daha pratik ve masum bir amaçları var:

Öncelikle klinik araştırmalarda, yeni ilaç ve tedaviler geliştirirken deney hayvanları kullanmak istemiyorlar. Testlerde kobay kullanılması hayvanları koruma derneklerinin haklı tepkisini çekiyor ve bazı yeni ilaçların 700 TL karşılığında üniversite öğrencileri üzerinde denenmesi gibi uygulamalar da ilaç şirketlerinin ekonomik gücünü kötüye kullanması olarak değerlendiriliyor.

Ayrıca hayvanların ve insanların klinik araştırmalara dahil edilmesi ve özellikle kobayların sürekli kapalı, kontrollü ortamlarda tutulması hem araştırmaların maliyetini artırıyor hem de süresini uzatıyor. Bilim adamlarının her yıl evrim geçirerek ortaya çıkan yeni bakteri ve virüslere karşı farklı tedavi yöntemleri geliştirmesi gerekiyor. Bu süreci hızlandırmak için de bakteri kaplarında mikroplar kadar hızlı üreyerek evrim geçiren canlı hücrelere ihtiyaçları bulunuyor.

 

 

Eskiyen karaciğeri yenisiyle değiştirmek

Plastik yapay hücrelerin içyapısının önce bilgisayarda tasarlanması ve sonra deney kaplarında kendi başına evrim geçirmesi gibi avantajlar, yepyeni ilaçlar geliştirmekte büyük kolaylık sağlıyor. Artık bilgisayar simülasyonlarında tasarlanan yeni moleküllerin vücuttaki etkileri ve diğer yeni kimyasal reaksiyonlar, plastik hücreler üzerinde çok daha hızlı bir şekilde test edilebilecek.

Plastik hücrelerin aynı zamanda kök hücre tedavisini geliştirmek, insan vücudunda veya laboratuarda organ klonlama tekniklerini yenilemek ve organ naklinde vücudun yeni organı reddetmesi gibi sorunları aşmak için kullanılması da planlanıyor.

 

 

Luke Skywalker’ın sentetik eli

Plastik hücreler gerçek bir karaciğer gibi fonksiyonel olan yapay organların geliştirilmesini ve gerçek bir kol veya bacaktan dış görünüş itibariyle ayırt edilemeyecek olan kullanışlı protezlerin üretilmesini de kolaylaştırıyor.

Terminator koluna benzeyen bu protezlerin iskeleti yapay deri ve plastik kaslarla kaplı olacak. Gelecekte protezler pil ve elektrik motoru olmadan, neredeyse etten kemikten doğal bir uzuv gibi kullanılabilecek. Bu da dünyanın dört bir yanındaki engellilerinin hayatını kolaylaştıracak.

 

 

Plastik hücreler nasıl üretiliyor?

Nijmegen Radboud Üniversitesi Molekül ve Materyal Enstitüsü’nden Profesör Jan van Hest ile doktora adayı Ruud Peters önce mikroskobik kürecikler imal ettiler ve içlerini farklı kimyasallarla doldurarak bu kürecikleri bir su damlasına yerleştirdiler. Ardından su damlasını hücre duvarı işlevi gören polimer bir zarla kapladılar.

Flüoresan boyalar kullanarak yapay hücrenin içindeki farklı parçaları, örneğin “organelleri” izleyen bilim adamları; canlı bir hücreden bekledikleri bütün kimyasal reaksiyonların plastik hücrede aynen gerçekleştiğini gördüler. Böylece dünyada ilk kez, tam kapsamlı çalışan organelleri ile polimerden üretilen yapay bir hücre geliştirmiş oldular.

 

 

Tıpkı insan hücrelerinde olduğu gibi, bunlarda da kimyasal maddeler hücre plazmasına girerek organellerde gerekli reaksiyonları başlatıyor ve mitokondriye benzeyen küçük organlarda farklı moleküllere dönüştürülüyordu.

Kimya araştırmalarında yapay hücrelerden veya hücre benzeri yapılardan yararlanmak bugünlerde çok popüler: Örneğin Profesör Wilhelm Huck, sitoplazmaya benzeyen çözeltilerin içindeki küçük damlaları özel geçirgen zarlarla kaplayarak yapay hücreler üretiyor. Van Hest’in ekibi ise diğer araştırmacılardan fark olarak, polimerlerden plastik hücreler imal ediyor. Böylece canlı hücrelerin işleyişini daha iyi anlayarak tıpta yeni tedaviler geliştirmek mümkün oluyor.

 

 

 

Plastik hücreler yeni molekül ve materyaller de keşfedecek

Farmakologlar, gen mühendisleri ile kimya profesörlerinin laboratuar ortamında canlı hücrelerle çalışarak yeni moleküller bulması ve bunlara dayanarak yeni ilaçlar geliştirmesi kolay değil. Canlı hücrelerde bulunan ve mikroskobik bir kimya fabrikası işlevi gören mitokondri gibi küçük organlarda çok sayıda kimyasal reaksiyon gerçekleşiyor. Bunları tek tek takip etmek son derece zor.

Elbette ki bugün elektron mikroskobu çözünürlüğüne yakın optik mikroskoplar geliştiriliyor ve bu teknolojiler yeni “X Işını kırılım teknikleriyle” birlikte kullanıldığında dijital görüntüleme alanında çığır açıyor.

Modern X ışını kırılım teknikleri, hücrelerin içindeki protein sentezleme sürecinin bilgisayar ekranından canlı olarak izlenmesine imkan veriyor. Bilim adamlarının moleküllere parmak ucuyla adeta dokunmasını sağlayan dokunmatik mikroskoplar ise, araştırmacıların molekülleri elle maniple etmesine izin veriyor. Ancak bütün bu teknolojiler, iş yeni moleküller ve yeni materyaller geliştirmeye gelince yetersiz kalıyor.

 

 

Kimya araştırmalarını plastik hücreler yürütecek

Eskiden bilim adamları inşaatta veya elektronikte kullanılacak yeni malzemeler geliştirmek için sezgilerine ve deneme-yanılma yöntemine güvenirdi. 20. yüzyılın ilk yarısında yaygılaşmaya başlayan plastik ve bakalit gibi materyaller bu şekilde geliştirildi.

Ardından bilgisayar simülasyonları geldi. Araştırmacılar, süper bilgisayarlar veya birbiriyle eşzamanlı çalışan yüzlerce bilgisayar kullanarak (High Performance Computing – HPC) daha gelişmiş materyaller keşfetmeye başladılar. Karbon nanotüpler üzerinde yapılan araştırmaları bu kategoriye dahil edebiliriz.

 

Oysa insanların laboratuarda test hızı, bilgisayarların simülasyon yapma hızından milyonlarca kat yavaş. Bu yüzden bize bakteri kültürlerinin çoğalması kadar hızlı işleyen bir molekül “icat etme” sistemi gerekiyor.

Önümüzdeki yıllarda, bilgisayar simülasyonları ile anında tasarlanan ve mikroskobik 3B printerlarla anında basılan plastik hücreler, test tüplerinde hızla çoğalarak evrim geçirecekler ve akşamdan sabaha, kimya mühendislerinin aklına hayaline gelmeyen “sihirli materyaller” geliştirilmesini sağlayacaklar. Lego oyuncaklar gibi modifiye edilebilen modüler içyapısıyla plastik hücreler, genetik mühendisliğini imalat teknolojileriyle birleştiriyor ve biyoteknoloji araştırmalarını hızlandırıyor.

 

 

Hayatın kökeni

Bilim adamları tıpta ve biyoteknolojide bu soruyu sormak zorunda; fakat cevap vermek için, önce hayatın cansız moleküllerden nasıl ortaya çıktığını görmemiz gerekiyor. Cansız moleküller nerede bitiyor, canlıları oluşturan sistemler nerede başlıyor? Plastik hücreler bu soruların cevabını bulmamıza yardım edebilir.

Yapay hücreler cansız maddenin “canlı maddeye” nerede dönüştüğünü, hayatın molekül dünyasında tam olarak hangi noktada ortaya çıktığını gösterme potansiyeline sahip bulunuyor. Belki de sentetik hücreleri ve ileride üretilecek olan düşünen robotları ayrı birer canlı türü olarak kabul etmemiz gerekecek.

Canlı olmanın şartlarını yerine getiren her şey ister fabrikada üretilsin, ister tüp bebek veya klon olsun veya isterse anne karnından doğsun, canlı olarak kabul edilebilir. Özellikle yapay organlar ve biyonik insanlar, organik canlılar ile sentetik üretim arasındaki farazi çizginin bulanıklaşmasına neden olacak.

 

 

Evren dev bir süper bilgisayar mı?

Ünlü fizikçi Richard Feynman bir zamanlar “It from bit” demişti. Madde dediğimiz şey enformasyondur, her şeyin temeli bilgidir demek istiyordu Feynman ve bu bilginin evrende fizik yasalarıyla, enerji değerleriyle veya enerjinin tezahürü olan parçacık düzenlemeleriyle (konum-hız) kodlandığına inanıyordu.

Bugün bazı bilim adamları evrenin dev bir bilgisayar olduğunu ve fizik yasalarının da aslında bu bilgisayarın işletim sistemindeki kernel çekirdek kodları olduğunu düşünüyor. Bu görüş ne kadar doğru bilemiyoruz; ama plastik hücrelerin bizim için kendi kendine yeni moleküller ve malzemeler üretmesi Feynman’ın öngörüsünü haklı çıkarıyor. Bilgisayar simülasyon verilerinin ürünü olan yapay hücreler bizim için yeni materyaller üretirken, bir anlamda “It from bit”, madde bilgiden gelir diyor.

 

 

Bu gidişle bilimsel araştırmaları da robotlar yapacak

Gerçekten de düşünen bilgisayarların ve düşünen robotların bilimsel araştırma yapmaya başlayacağı bir döneme giriyoruz: Plastik hücreler zeki olmasa da şimdiden bizim için buluş yapan otomatik test laboratuarları gibi çalışıyor ve yarın öbür gün, bu hücreler üzerinde yapılacak deneyleri robotlar yönetecek (yapay hücrelerden üretilen robotlar!). Bu durumda plastik hücreler ve bilgisayar simülasyonları hem bilimsel araştırma sürecini hem de biz insanların hayata bakış açısını değiştirecek.

Hayat nasıl oluştu? Madde ve enerjinin kaynağı ne? Fizik yasaları aslında bilgisayar kodu mu? Yapay hücrelerden, klinik araştırmalar ve kimya mühendisliğinden yola çıkarak hayatımızdaki en derin, en ürpertici sorulara beklenmedik ve şaşırtıcı cevaplar bulabiliriz.

 

 

Örneğin, insan beyninden ilham alarak tasarlanan ve yapay hücrelerden üretilen sentetik süper beyinler geliştirilecek. İnsan beyni de nanitler sayesinde (mikroskobik robotlar) organik süper bilgisayara dönüşecek. Böylece telepatik internette robotlarla kafa kafaya vererek, yani internete doğrudan beynimizle bağlanarak, en derin bilimsel ve felsefi sorunları çözmeye başlayacağız. Aslında bugünkü plastik hücreler, beynimizi süper bilgisayara dönüştürecek olan nanitlerin öncüsüdür.

Bilim adamları 2013 yılında ilk plastik hücreleri geliştirerek, İngilizce “post human” olarak adlandırılan ve insanoğlunun farklı bir canlı türüne dönüşeceği insan sonrası çağı da başlatmış bulunuyorlar. Kısacası plastik hücreler ve bilgisayar simülasyonları, genetik mühendislik teknikleriyle birlikte evrim sürecini “akıllı tasarıma” dönüştürmemizi hızlandıracak. Bu süreçte yapay hücreler ve nanitlerden yararlanarak kendimize normal bir insandan daha hızlı koşan, daha çevik olan, daha dayanıklı süper vücutlar geliştireceğiz.

 

 

Canlı hücreler aslında organik birer işlemci mi?

Bugüne kadar bakteri boyutunda üretilecek mikroskobik robotların kan damarlarımızda dolaşarak beynimize geçeceğini, böylece bize üstün fiziksel kuvvet ve süper hızlı düşünme gücü kazandıracağını söyledik. Hatta geçen yıl yapılan buluşlarla birlikte, bizzat insan hücrelerine gen tedavisi uygulanacağını, GDO’lu hücreler sayesinde insanların organik birer süper bilgisayara dönüşeceğini belirttik.

Şimdi karşımıza yapay hücreler, plastik hücreler çıkıyor ve GDO’lu iç organlar ile GDO’lu hücrelere ek olarak, plastikten imal edilen sentetik hücreler geliştiriliyor. Bilim adamları bu noktada teknolojik tekillik derken, insan zekasının Yapay Zeka’yla birleşeceğini, düşünen robotlar ve bilgisayarlar ile insanlar arasında pek bir fark kalmayacağını söylüyorlar.

Bugüne dek bu anlattıklarımız bize bilimkurgu geliyorsa eğer, plastik hücrelerin yukarıda saydığımız potansiyel marifetlerini hesaba katarak bunu tekrar düşünmemiz gerekebilir. Gerçek hayat bilimkurguya yetişti ve geçti bile. 🙂

 

Yapay hücreler ve sentetik biyoloji

 

 

¹Ruud J. R. W. Peters, Maïté Marguet, Sébastien Marais, Marco W. Fraaije, Jan C. M. van Hest, Sébastien Lecommandoux. Cascade Reactions in Multicompartmentalized Polymersomes.

²Angewandte Chemie International Edition, 2014; 53 (1): 146 DOI: 10.1002/anie.201308141.

³Russell Johnson. Nanoreactors: Catalysis in compartments. Nature Chemistry, 2013; 6 (1): 5 DOI: 10.1038/nchem.1840