Kanser araştırmasında yaygın olarak uç bilim kabul edilen gen terapisi, hastalığa neden olan eksik ya da hatalı genlerin yerini almak için bir hastanın hücrelerine yeni genler eklemeyi içermektedir.
Hücreler genleri veya herhangi bir yabancı DNA maddesini doğal olarak içlerine almak için tasarlanmadığından, gen terapisi için en büyük zorluk terapötik yani tedavi edici genleri hücre içine almaktır.
Araştırmalar hücrelere nüfuz etmek için viral taşıma sistemlerinin kullanılmasına odaklanmıştır. Ancak bir virüsün vücuda verilmesiyle meydana gelebilecek riskler laboratuvardan klinik aşamaya ilerlemeyi yavaşlatmıştır. Sonuç olarak, şu anda sadece üç virüs bazlı terapi FDA (Food and Drug Administration – Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi) tarafından onaylanmıştır.
Daha güvenli ve nispeten ucuz olmasına rağmen viral olmayan yöntemler, değişken sonuçlar nedeniyle gen tedavisi araştırmalarının % 0.25’inden daha azının odak noktası olmuştur.
Konuyla ilgili olarak araştırmacı Dr. Ravi Shukla, şu an klinik aşamada var olan boşluğu kapatmak için viral olmayan uygun yöntemlerin kullanımının gen tedavilerini laboratuvardan kliniğe taşımanın kilit bir adımı olacağını belirtmiştir.
“Etkili bir viral olmayan bu yöntem, hastalar için daha güvenli olacak ve yeni tedavilerin piyasaya sürülmesinde harcanan zamanı ve masrafı önemli ölçüde azaltacak” diyerek konuşmasına devam eden Dr. Ravi Shukla, “Artık, viral yöntemlerde yer alan risklerden kaçınmamıza ve gen terapisinin tüm potansiyelini ortaya çıkarmamıza yardımcı olabilecek viral olmayan bir alternatifi başarıyla test etmiş bulunuyoruz” şeklinde konuştu.
Shukla ve ekibi, neredeyse her türlü biyomolekülü depolamak, ayırmak, salıvermek veya korumak için kullanılabilecek; inanılmaz derecede çok yönlü ve süper gözenekli nanomalzemeleri kullanan Metal Organik Yapı İskelelerini (MOF’lar) kullanarak viral olmayan bu yeni yöntemi geliştirdi.
Araştırma, endüstriyel ölçekli miktarlarda MOF üretimi için bir teknoloji geliştiren İngiliz Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Örgütü (CSIRO) tarafından desteklenmektedir.
Ağırlıklı olarak endüstriyel veya kimyasal amaçlar için kullanıldığında, MOF’ların biyolojik uygulamaları gittikçe artmakta ve bu son bulgular viral olmayan gen tedavisinde mükemmel potansiyele sahip olduklarını göstermektedir.
Araştırmacılar, DNA’yı bir hücrenin içine taşımak için biyouyumlu ve biyobozunur özellikleriyle bilinen bir MOF’un alt tipini kullandılar.
Ayrıca, MOF’a dayalı taşıma yönteminin prostat kanseri hücrelerinde etkili olduğu bulundu ve diğer genetik hastalıkların yanı sıra akciğer ve meme kanseri tedavisine de kapıyı açtı.
Shukla ile birlikte çalışan doktora araştırmacısı Arpita Poddar, bulguların bugüne kadar ihmal edilen bir araştırma alanının açılmasında ilk adım olduğunu söyleyerek şunları eklemiştir: “Artık bir konsept kanıtımız olduğuna göre, transgenomikler, implantlar ve hatta mahsul iyileştirmeleri de dahil olmak üzere bu yeni yöntemin diğer uygulamalarını araştırabiliriz.”
Araştırma “Biyomimetik Mineralli Zeolitik İmidazolat Yapı İskelesi‐8 (ZIF‐8)” ile Genlerin Enkapsülasyonu, Görselleştirilmesi ve İfadesi” ismiyle Small dergisinde yayımlanmıştır.
]]>Stanford Üniversiteli bilim insanları FDA (Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi) tarafından onaylanmış, demir yetersizliği olan aneminin tedavisinde kullanılan, enjekte edilebilir demir destekli ferumoxytol olarak ticari satışı yapılan demir nanopartiküllerinin kanser hücrelerine saldırması için immün sistemi aktif hale getirdiğini göstermiştir.
Yapılan fare çalışmasında ferumoxytol’ün tümör aracılı makrofajlar da denilen immün hücreleri harekete geçirerek kanser hücrelerini yok etmesinin var olan kanser tedavilerinin nanopartiküllerle tamamlanmasına yol açtığı bulunmuştur.
Araştırmacılar tarafından oldukça şaşırtıcı bulunan makrofajların nanopartiküllerle aktivasyonu sonucu farelerde kanserli hücrelere saldırının başlaması insanlar için de umut vaat etmektedir.
Bilim insanları kemoterapötik ajanlar yüklü nanopartiküller kullanılan bir deney grubu, kemoterapötik ajanlar olmayan nanopartiküllerden oluşan bir kontrol grubu ve hiçbirini taşımayan bir kontrol grubu olmak üzere 3 grup fare kullanılan bir deney yürütmüşlerdir. Araştırmacılar beklenmeyen gözlemi kontrol hayvanlarında diğer gruplara kıyasla sadece nanopartiküle sahip olanlarda tümörün büyümesinin baskılanması şeklinde keşfettiler.
Makrofajlar konusuna geri dönersek, ne gerçekleştiğini karakterize edecek bir seri takip testi yürüten araştırmacılar kültürdeki hücrelerle yaptıkları deneylerde tümör aracılı makrofajlar ismindeki immün hücrelerin nanopartiküllerin antikanser aktivitesi için gerekli olduğunu gösterdiler. Makrofaj içermeyen hücre kültürlerindeki demir nanopartikülleri kanser hücrelerine karşı bir etki göstermemişti.
Bu çalışma yapılmadan önce sağlıklı insanlarda tümör aracılı makrofajların her bir tümör hücresini tespit edip yediği zaten biliniyordu. Ancak, büyük tümörler tümör aracılı makrofajlardan kaçarak onların saldırmalarını durdurmaya yol açmakta ve kanser gelişimini indükleyen faktörlerin salınımını başlatmaktadırlar.
Çalışma ayrıca demir nanopartiküllerin makrofajları kansere saldıran durumlarından önceki duruma değiştirdiğini gösterdi. Bu kanıya makrofajların metabolizma ürünlerini izleyerek ve onlara has gen ifadesi patternlerini inceleyerek ulaştılar.
Bundan başka, meme kanseri için üretilen bir fare modelinde araştırmacılar verilen ferumoxytol’ün vücut ağırlığına ayarlanmış dozlarda (ki benzer biçimde anemi tedavisi için FDA tarafından onaylanmış miktarlarda) tümör gelişimini inhibe ettiğini göstermişlerdir. İlk çalışmalar nanopartiküllerin yaklaşık 6 haftalık bir zaman sürecinde metabolize edildiğini göstermiştir. Yeni bir çalışma nanopartiküllerin tek bir dozunun antikanser etkisi yaklaşık 3 hafta içinde azaldığını kanıtlamıştır.
Bilim insanları ayrıca nanopartiküllerin kanser yayılımını önleyip önleyemeyeceğini de test etmişlerdir. Küçük hücreli akciğer kanserine sahip bir fare modelinde nanopartiküller hem fareler hem de insanlarda metastaz için genel bir bölge olan karaciğerdeki tümör oluşumunu azaltmışlardır. Karaciğer metastazının ayrı bir modelinde tümör hücrelerinden önce nanopartiküllerle ön uygulama karaciğer tümör hacmini büyük ölçüde küçültmüştür.
Potansiyel Klinik Uygulamalar
Çalışmanın sonuçları insan denemelerinde kullanılmak üzere birkaç muhtemel uygulama sunmaktadır. Örneğin, potansiyel olarak metastatik bir tümörün çıkartıldığı ameliyattan sonra hastalar sıklıkla kemoterapiye ihtiyaç duymaktadırlar fakat geleneksel kemoterapinin ciddi yan etkilerinin tolere edilmesi amacıyla operasyondan sonra iyileşene kadar beklemelidirler. Demir nanopartikülleri kemoterapinin toksik yan etkilerine sahip olmadığından cerrahiden sonraki iyileşme süresi boyunca hastalara verilebilir. Bilim insanları böylece bu durumun zaman bakımından bir köprü görevi göreceğine inanmaktadırlar.
Nanopartiküller ayrıca tümörleri tamamen çıkartılamayan kanser hastalarına yardımcı olabilir. Cerrahiden sonra eğer dokuda kalmış bazı tümör hücreleri varsa durum kanser cerrahlarının söylediği pozitif kazanç olacaktır. Demir nanopartiküllerinin o bölgeye enjeksiyonuyla küçük tümör tohumlarının immün sistem tarafından potansiyel olarak icabına bakılabilir.
Nanopartiküllerin FDA tarafından zaten onaylı olması insanlar üzerinde bu uygulamaların test edilebilirliğini hızlandırmaktadır.
Ayrıca yeni bulgular kanser araştırmalarına yardım edecek ve nanopartikül-ilaç kombinasyonlarının daha doğru değerlendirilmesini sağlayacaktır. Çoğu çalışmada araştırmacılar nanopartikülleri sadece ilaç taşıyıcılar olarak değerlendirmektedirler. Fakat nanopartiküllerin kendisine bakmadıkça değerlendiremeyeceğiz gizli iç etkilere sahip olabilirler.
]]>Prestijli bilim dergilerinden Nature Nanotechnology’de “Magneto-aerotactic bacteria deliver drug-containing nanoliposomes to tumour hypoxic regions.” başlığıyla yayımlanan makalede başarılı biçimde nanorobotik ajanların kolorektal kanserli fareler tarafından kabul edildiği sonucunu ortaya koymuştur.
Bu nanorobotik ajanların pek çoğu aslında 100 milyondan fazla kamçılı bakteriden oluşmaktadır ve bu yüzden kendi kendine ilerleyip yüklenen ilaçlarla ilacın enjeksiyon noktası ve tedavi edilecek vücut alanı arasındaki en direkt yolu katetmesi sağlanmaktadır. İlacın sahip olduğu itici güç etkili seyahat ve tümör içine derin nüfuz için yeterlidir.
Bir tümöre girdikleri zaman nanorobotik ajanlar hipoksik bölgeler olarak bilinen oksijenden yetersiz tümör alanlarını tamamen otonom olarak belirleyerek ilacı oralara taşımaktadırlar. Bu hipoksik bölgeler, çok hızlı çoğalan tümör hücreleri tarafından oksijenin önemli ölçüde tüketilmesiyle oluşmaktadır. Hipoksik bölgeler radyoterapi dahil olmak üzere pek çok tedaviye dirençli olarak bilinmektedir.
Fakat kırmızı kan hücreleri yani alyuvarlar gibi çok kısa süre içinde damar yollarını kullanarak tümöre ulaşmak ve kompleks fizyolojik mikro çevreyi geçmek beraberinde zorlukları da getirmektedir. Nanoteknoloji kullanılarak bu sorunların üstesinden gelinmeye çalışılmaktadır.
Pusulalı Bakteri
Bakterileri kullanarak hareket etmek iki doğal sisteme dayanmaktadır. Manyetik nanopartiküllerin sentezlenmesiyle yaratılan bir tür pusula, onların manyetik alan yönünde hareket etmelerine izin vermektedir. Bunun yanında oksijen konsantrasyonunu ölçen bir sensör sayesinde ise onların tümörün aktif bölgelerine ulaşarak orada kalmaları sağlanmaktadır. Bu iki taşıyıcı sistem tarafından kullanılması ve bakterilerin bir bilgisayar kontrollü manyetik alana maruz bırakılmasıyla araştırmacılar bakterilerin bu tür işler için gelecekte dizayn edilecek yapay nanorobotların mükemmel biçimde çoğaldığını göstermiştir.
Nano taşıyıcıların bu yenilikçi kullanımıyla daha gelişmiş mühendislik konseptlerinin ve orijinal müdahale metodlarının yaratılmasının yanında tedavi, görüntüleme ve teşhis için yeni araçların sentezi yoluyla geniş bir kapı açarak büyük bir etki yaratması öngörülmektedir. İnsan vücudu için oldukça toksik olan kemoterapi uygulanması sırasında bu doğal nanorobotların kullanımıyla hedeflenen bölgeye ilaçların direkt olarak taşınması sonucu zararlı yan etkilerin elimine edilerek tedavi edici etkinin gücü arttırılmış olacaktır.
]]>Araştırmacılar, immün sistem fonksiyonları için önemli sayılan beyaz kan hücrelerinin bir çeşidi olan sitotoksik T hücreleriyle inkübe edilmiş bir yığın karbon nanotüpü kullandılar. Araştırmacılara göre karbon nanotüplerin topografisi, hücreler ve uzun süreli kültürler arasındaki etkileşimlerle artarak kanserin kökten kazınması için önemli olan sitotoksik T hücrelerinin hızlı ve etkili uyarımını sağlıyor.
Karbon nanotüp-polimer kompozitin yüksek çözünürlüklü, taramalı elektron mikroskobu resmi. Yığın halindeki karbon nanotüpler, spagettiye benzer yapılar olarak gözükmektedir.
Araştırmacıların kimyasal olarak modifiye ettikleri karbon nanotüpler, polimer nanopartiküllere bağlanarak onların T hücre gelişimi ve çoğalmasını teşvik eden bir hücre sinyal proteini olan Interlökin-2’yi tutmasını sağladılar. Buna ek olarak, sitotoksik T hücre çoğalmasının uyarılması için vücudun yöntemlerini taklit eden bilim insanları karbon nanotüplerin yüzeylerini hastanın hücrelerinin yabancı veya toksik olduğu ya da saldırılması gerektiği gibi sinyallerle donattılar.
14 günlük süre boyunca kompozit nanosistem üzerinde kültür edilmiş T hücrelerinin sayısı araştırmacılara göre 200 kat artış gösterdi. Ayrıca, bu yeni yöntem geleneksel kültür şartlarından 1000 kat daha az Interlökin-2 gerektiriyordu. Enjeksiyondan önce bir mıknatıs kullanılarak karbon nanotüp-polimer kompozitler T hücrelerinden ayrıldı.
Vücudun immün yanıtını baskılamak için, tümörler çevrelerinde hendek oluşturmuş kalelere benzetilebilir. Geliştirilen bu yeni metodla, önemli ölçüde daha çok hücreyle savaşa katılmanın yanında onları silahlandırarak süper katillere dönüştürülebilecek.
Antijen spesifik T hücrelerini arttırmak için önceki prosedürlerde hastanın toplanan immün hücrelerinin aktivasyon ve proliferasyonu uyaran öteki hücrelere maruz bırakılması gerekiyordu. Bu süreç maliyetli olmasının yanında yabancı hücrelere karşı bir reaksiyon riski taşıyordu. Yale’deki ekibin yaptığı bu çalışma ile manyetik karbon nanotüp-polimer kompozitlerinin kullanımı basit ve pahalı olmayan mıknatısların yardımıyla bu riski saf dışı bırakmıştır.
Düzenlenebilir nanoteknolojiler, T hücre immün tedavisi gibi yeni tedaviler için eşsiz fırsatlar sunmaktadır. Mühendisler gelecek nesil nano malzemelerin dizaynıyla uğraşarak aslında kanser araştırmaları da dahil olmak üzere pek çok alanda başka ilerlemelerin önünü açmaktadırlar.
]]>