MIT Nanobotları: Kansere Karşı Milimetre Boyutlu Hassasiyet

MIT araştırmacıları, kanser ilaçlarını doğrudan tümörlere ulaştırabilen özel nanopartiküller (sanal tıbbi "nanobotlar") üretmek için bir yöntem geliştirdiler. Bu teknoloji, kanser tedavisinde devrim yaratmayı, etkinliği artırmayı ve yıkıcı yan etkileri azaltmayı vaat ediyor.

Nanoteknoloji, inanılmaz derecede küçük ölçeklerde (bir nanometre bir metrenin milyarda biridir) maddeyi manipüle etme bilimi, tıpta devrim niteliğinde ufuklar açıyor. Bu alanda nanomedikal, hastalıkları moleküler düzeyde teşhis etmek, önlemek ve tedavi etmek için nanometre boyutundaki araç ve cihazların kullanımını ifade eder. Tıbbi "nanobotlar" terimi, minik robotların bilim kurgu görüntülerini çağrıştırsa da, mevcut uygulamada genellikle biyolojik sistemlerle belirli şekillerde etkileşime girmek üzere akıllıca tasarlanmış nanopartikülleri ifade eder.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT), Profesör Paula Hammond'un laboratuvarı bu tür nanopartikülleri geliştirmede ön saflarda yer almıştır. Çalışmaları, terapötik ilaçlarla yüklü çok katmanlı polimer kaplı partiküllere odaklanmıştır. Bu nanopartiküller, yüksek hassasiyetli iletim araçları olarak işlev görecek şekilde tasarlanmıştır. Fikir, kan dolaşımında dolaşabilmeleri ve spesifik olarak tümör hücrelerini hedef alarak ilaç yüklerini doğrudan kanser bölgesine salabilmeleridir. Bu "akıllı pompa" yaklaşımı, ilacın kanser hücreleri üzerindeki etkisini en üst düzeye çıkarırken vücudun sağlıklı hücrelerine maruziyeti en aza indirme potansiyeline sahiptir ve böylece geleneksel kemoterapiyle ilişkili zayıflatıcı yan etkilerin çoğunu azaltır. Bu nanopartiküllerin kanserli dokuyu tanıma ve hedefleme yeteneği, onları daha etkili ve daha az invaziv kanser tedavileri için önemli bir vaat haline getirir.

Umut vadeden nanopartikül bazlı tedavileri laboratuvardan kliniğe getirmenin en büyük zorluklarından biri, bunları tutarlı ve verimli bir şekilde büyük ölçekte üretmenin zorluğu olmuştur. Orijinal katman katman birleştirme teknikleri, hassas özelliklere sahip parçacıklar oluşturmada etkili olsa da, fazlalığı gidermek için birden fazla polimer uygulama ve santrifüjleme adımını içeren zahmetli ve zaman alıcıdır. Tanjant akış filtrasyonu gibi saflaştırmayı optimize etmeye yönelik sonraki girişimler, süreci iyileştirdi ancak yine de üretim karmaşıklığı ve maksimum üretim ölçeği açısından sınırlamalar sundu.

Paula Hammond, Ivan Pires ve Ezra Gordon liderliğindeki MIT ekibinin son atılımı, tam da bu üretim engelini aşmada yatıyor. Nanopartikülleri hızlı ve büyük miktarlarda bir araya getirmek için mikroakışkan karıştırma cihazı kullanan bir yöntem geliştirdiler. Bu cihaz, partiküller bir mikrokanaldan akarken yeni polimer katmanlarının sırayla eklenmesine olanak tanır. En önemlisi, araştırmacılar her katman için gereken polimer miktarını doğru bir şekilde hesaplayabilir ve böylece her eklemeden sonra maliyetli ve zaman alıcı arıtma adımlarına gerek kalmaz.

Bu mühendislik yeniliği, nanopartikülün tasarımı kadar önemlidir ve klinik ölçekli üretim için potansiyeli açığa çıkarır. Kullanılan mikroakışkan cihaz, mRNA aşıları gibi diğer nanopartikül türleri için İyi Üretim Uygulamaları (GMP) üretiminde halihazırda kullanılmakta olup, bunların benimsenmesini kolaylaştırmakta ve güvenlik standartlarını ve tutarlılığı sağlamaktadır. Bu yeni yöntemi kullanarak araştırmacılar, orijinal teknikle neredeyse bir saate kıyasla sadece birkaç dakika içinde 15 miligram nanopartikül (yaklaşık 50 doz için yeterli) üretebilmektedir.

“Geliştirdiğimiz nanopartikül sistemleriyle ilgili çok fazla umut var... Özellikle yumurtalık kanseri tedavilerimizde hayvan modellerinde gördüğümüz başarılar bizi son zamanlarda gerçekten heyecanlandırıyor.” – Paula Hammond, MIT.

Bu yeni seri üretim yöntemi kullanılarak üretilen nanopartiküllerin etkinliği klinik öncesi çalışmalarda doğrulandı. MIT araştırmacıları, bağışıklık sistemini kanser hücrelerine karşı aktive etme yeteneğiyle bilinen bir sitokin olan interlökin-12 (IL-12) yüklü nanopartiküller yarattı. Yumurtalık kanseri fare modellerinde, bu nanopartiküller orijinal teknik kullanılarak üretilenlere benzer performans gösterdi, tümör büyümesini geciktirdi ve hatta bazı durumlarda hastalığı iyileştirdi.

Bu nanopartiküllerin özellikle ilginç ve benzersiz bir yönü, etki mekanizmalarıdır. Sadece ilaç iletmekle kalmazlar, aynı zamanda bağışıklık sistemiyle karmaşık bir şekilde etkileşime girerler. Kanserli dokuya bağlanırlar ancak dikkat çekici bir şekilde kanser hücrelerinin kendilerine girmezler. Bunun yerine, bu hücrelerin yüzeyinde belirteç görevi görerek bağışıklık sisteminin doğrudan tümör içinde yerel olarak aktive olmasını sağlarlar. Hedefli ilaç iletimini yerelleştirilmiş immünostimülasyonla birleştirme yeteneği, kansere karşı çok yönlü bir saldırı sunan güçlü bir sinerjiyi temsil eder.

İlk araştırmalar, yumurtalık kanseri gibi karın boşluğu kanserlerine odaklanmış olsa da, araştırmacılar bu teknolojinin agresif bir beyin kanseri olan glioblastoma da dahil olmak üzere diğer kanser türlerine uygulanabileceğine inanıyor. Ekip, bu teknoloji için halihazırda bir patent başvurusunda bulundu ve MIT'nin Deshpande Teknoloji İnovasyon Merkezi ile potansiyel ticarileştirmeyi göz önünde bulundurarak çalışıyor; bu, bu tıbbi "nanobotların" ihtiyaç duyan hastalara ulaşmasını hızlandırabilir. Bu çığır açan gelişme, malzeme bilimi, kimya mühendisliği ve immünolojinin bir araya gelmesinin hassas onkolojinin geleceğini nasıl şekillendirdiğinin altını çiziyor.