MEDİKAL ALANDA MİKROBOTLARIN KULLANIMI

07.03.23

Sena Hopyar

MİKROROBOTLARIN ORTAYA ÇIKIŞI

Küçük robotlarla ilgili ilk konsept çalışması 1970’lerde ortaya çıkmıştır. Bu çalışma Amerikan istihbarat kurumları tarafından yapılmıştır. O zamanlar uygulama alanları, mahkum kaçırma ve elektronik casusluk olarak belirlenmiştir.

Çok küçük robotlar üretme fikri, mikro elektromekanik sistemlerdeki güncel gelişmelerden faydalanarak farklı alanlarda kullanılması düşünülmüştür. Küçük boyutları nedeniyle çok küçük ya da çok tehlikeli yerleri inceleyebilme düşüncesi hayat bulmuştur. Düşünceye göre mikro robotlar enkazlarda hayatta kalanların tespit edilmesinde, sindirim kanalında yol alma gibi uygulamalarda kullanılabilecekti. Mikro robotların eksik kaldığı nokta ise güç ve hesap kapasiteleri konularıydı. Bu eksiklikleri ise sürüler halinde çalışarak kapatabileceklerdi.

Bilim adamları daha önce mikro ölçekli (100 µm'den küçük) robotlar yaptılar lakin bu mikrorobotların vücutta istenilen etkileri göstermesi için konformasyonel değişikliğe uğraması gerekiyordu.

Bazı gruplar belirli uyaranlara tepki olarak şekil değiştiren 3 boyutlu baskılı cihazlar yapmayı başarmış olsa da bu robotlar yalnızca basit eylemler gerçekleştirebiliyorlardı. Ayrıca hareketleri de uzaktan kontrol edilemiyordu.

Bu cihazlar için biyomedikal uygulamalara yönelik bir adımda, Jiawen Li, Li Zhang, Dong Wu ve meslektaşları, tedavi sağlamak için mıknatıslar tarafından belirli bölgelere yönlendirilebilecek şekil değiştiren mikro robotlar geliştirmek istediler. Tümörler asidik mikro ortamlarda bulunduğundan ekip, mikrorobotların pH'ın düşmesine yanıt olarak şekil değiştirmesini sağlamaya karar verdi.

Kanser ortamının asidik olmasının sebebi ise kanser hücrelerinin enerji ihtiyacının çok olması nedeni ile oksijensiz solunumdan hızlı enerji elde etmek amacı ile ortamda fazla laktik asit birikmesidir.

Bu nedenle araştırmacılar, pH duyarlı bir hidrojel kullanarak yengeç, balık şeklindeki mikro robotları 4 boyutlu olarak yazdırdılar. Ekip belirli bölgelerindeki baskı yoğunluğunu ayarlayarak pH'a duyarlı şekil geçişini kodladı. Daha sonra, mikrorobotları demir oksit nanopartiküllerinden oluşan bir süspansiyona yerleştirerek manyetik hale getirdiler.

Araştırmacılar, çeşitli testlerde mikro robotların çeşitli yeteneklerini gösterdi. Örneğin, balık şeklindeki bir mikro robotun açılıp kapanan ayarlanabilir bir "ağzı" vardı. Ekip, bir petri kabının belirli bir bölgesindeki kanser hücrelerine ulaşmak için simüle edilmiş kan damarlarından balıkları yönlendirebileceklerini gösterdi. Çevredeki çözeltinin pH'ını düşürdüklerinde balık, yakındaki hücreleri öldüren bir kemoterapi ilacı salmak için ağzını açtı. Araştırmacılar, bu çalışmanın umut verici bir kavram kanıtı olmasına rağmen, mikrorobotların gerçek kan damarlarında gezinmesi için daha da küçültülmesi ve vücuttaki hareketlerini izlemek için uygun bir görüntüleme yönteminin tanımlanması gerektiğini söylüyor.

Çeşitli insan kanser türlerinde immünoglobülin ailenden olan transmembranel protein CD47 aşırı ifade edilir. Son çalışmalar, CD47 blokajının sadece kanser hücrelerinin fagositozunu arttırmakla kalmayıp, aynı zamanda eş kaynaklı fare tümör modellerinde antitümör efektör T hücrelerinin hazırlanmasını artırmak için tümör antijenlerinin çapraz sunumunu da desteklediğini göstermiştir. Ancak, hem preklinik modellerde hem de insan denemelerinde gösterildiği gibi, sistemik CD47 blokajı, CD47'nin sırasıyla kırmızı kan hücreleri ve trombositler üzerinde yüksek ekspresyonu nedeniyle anemi ve trombositopeniye neden olabilir. Terapötik profilini iyileştirmek için 200 kat daha yüksek bağlanma afinitesine sahip CD47'ye karşı bir nanobody yakın zamanda geliştirildi ve karakterize edildi.

Bu sistem, antitümör bağışıklığını uyarmak ve tümör gerilemesini teşvik etmek için bir immünoterapötik maddenin immün sistemi uyarıcı bakteriyel lizis adjuvanları ile birlikte kombine lokal olarak verilmesine izin verir. SLC diye bahsedilen şey senkronize lizis devresidir. Bu devre sayesinde üretilen bakteri istenilen şartlar sağlandığında lizis olarak içindeki maddeyi açığa çıkarır.

SLC'li E. coli bir çekirdeğe ulaşır ve faj parçalama proteinini indükleyerek bakteriyel parçalanmaya ve yapısal olarak üretilmiş, tümör hücresi yüzeyinde CD47'ye bağlanan anti-CD47 bloke edici bir nanobody'nin salınmasına yol açar .

SLC diye bahsedilen şey senkronize lizis devresidir. Bu devre sayesinde üretilen bakteri istenilen şartlar sağlandığında lizis olarak içindeki maddeyi açığa çıkarır.

Kanser ilerlemesi sırasında tümör çevresi oksijene ve besine sınırlı erişim sağlayabilir. Kan damarlarının anormal yapısı ve yüksek oranda tümör büyümesi, çevre hücrelerin hipoksiye (düşük oksijen seviyesi) neden olur.

Tıp Fakültesi Radyoloji Anabilim Dalı profesörü Utkan Demirci liderliğindeki Stanford Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, hipoksiyi hafifleten Volbots adlı biyohibrit mikrorobotlarla tümör bölgelerinin koşullarını değiştirmek için yenilikçi bir yaklaşım benimsedi. Volvox alglerini kullanarak biyohibrit mikro robotlarını tasarladı Volbot'ların oksijen üreten mikro fabrikalar olarak kullanarak kanser hipoksisinde karşılaşılan sorunları minimuma düşürmeyi sağladı. Bilim adamları, yetersiz oksijen yükleme kapasitesi gösteren kırmızı kan hücreleri, hemoglobin ve nano-kabarcıklar kullanan mikro/nano taşıyıcılar dahil olmak üzere tümör hipoksisini tersine çevirmek için farklı stratejileri test ettiler.

Yüzeylerinde yer alan kamçı adı verilen binlerce kıl benzeri çıkıntının senkronize hareketiyle yüzebilirler. Volbot'lar, dış yüzeylerinde ekibin harici bir manyetik alan kullanarak hareketlerini yönlendirmesine yardımcı olan manyetik nanopartiküller ile tasarlandı. Bu nanopartiküller ayrıca manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve fototermal görüntüleme ile tespit edilmesini sağlayarak bilim adamlarının onları vücut içinde kolayca takip etmelerini sağladı. Demirci, "Biyohibrit mikrorobotlardaki nanopartiküller ayrıca terapötik maddeler taşıyabilir ve yakın kızılötesi ışığa maruz kaldığında ısı üretebilir, bu da fototermi bazlı tedaviler veya kontrollü ilaç salınımı olarak kullanılabilir." Bilim adamları makalelerinde ayrıca Volbot'larla yapılan tedavinin bir sonucu olarak belirgin bir toksisite olmadığını belirttiler.

Deniz yıldızı benzeri mikrobotlar, vücudun içinden biyopsi bile yapabilecek şekilde tasarlanmışalardır. Bu mikrobotlar, doku örneklerini alabilen kıskaçlara sahiptir. Enjekte edilen mikrobotlar ulaşılması zor alanlardan kolaylıkla doku alabilir ve ardından manyetik bir kateter aracılığıyla geri dönebilir.

Kan damarlarını tıkayan kalıntıları giderebilmek için de küçük robotlar geliştirilmektedir. Yağ veya kolesterol birikmesi kan akışını engelleyerek kalp krizlerine veya felçlere yol açabilir. Lakin geliştirilmekte olan "nanoboncuklar" yağ ve kolesterolü gevşetecek ve cerrahi bir tatbikatın bunu bitirmesine izin verebilecektir.

KAYNAKÇA

S. Chowdhury, S. Castro, C. Coker, TE Hinchliffe, N. Arpaia, T. Danino, Programlanabilir bakteriler, kalıcı tümör regresyonuna ve sistemik antitümör bağışıklığına neden olur. Nat. Med. 25 ,1057–1063 (2019).

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220715142115.htm

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19322-7

https://english.alarabiya.net/life-style/healthy-living/2022/07/18/Microrobots-successfully-deliver-cancer-fighting-drugs-to-tumors-Study

https://futurism.com/meet-the-microbots-that-will-treat-diseases-from-inside-your-body

Wu, Z.; Küçük.; Yang, Y.; Hu, P.; Li, Y.; Yang, S.-Y.; Wang, LV; Gao, W. İn vivo olarak bağırsaklarda hedeflenen navigasyon için fotoakustik bilgisayarlı tomografi tarafından yönlendirilen bir mikrorobotik sistem. bilim Robot. 2019

MEDİKAL ALANDA MİKROBOTLARIN KULLANIMI

MEDİKAL ALANDA MİKROBOTLARIN KULLANIMI

Yazarlarımız