Unam Nanobiyoteknoloji Araştırma Birimi

Nanoteknoloji ile biyoteknolojinin birlikte gelişmesi ve moleküler biyoloji alanındaki çok hızlı bilgi birikiminin bu iki gelişen alanı beslemesiyle ortaya nanobiyoteknoloji araştırma alanı çıkmıştır. Bu sayede bugüne kadar mümkün olmayan tanı ve terapötik uygulamalar da artık insanda kullanıma yönelik daha etkin antikanser, anti-enfeksiyon ve anti-allerjik tedavileri geliştirmek için nanobiyoteknoloji alanında araştırma yapmakta olan bilim insanlarınca geliştirilmeye başlanmıştır. Hücrelerimizdeki bir DNA molekülünün çapının 2 nm, kanda dolaşan anti-kor proteinlerinin tiplerine göre 15 ile 50nm boyutlarında olduğunu düşünürsek, nanobiyo-teknolojinin, nanobilim ve tıp alanına yakın gelecekteki getireceği yenilik ve açılımlar da olayca anlaşılabilir. Nanoimplantlardan akıllı ilaçsalım sistemlerine, nanobiyomakinalardan, biyoinformatik ve genomik uygulamalar için DNA çiplerinin nanofabrikasyonuna, mezenkimal kökhücre bazlı organ mühendisliği uygulamalarından, monoklonal antikorlar ve DNA kökenli li-gantların nanogörüntüleme amaçlı kuvantum noktacıklarıyla birlikte kullanımlarını da kapsayan geniş bir yelpazede 8 araştırma grubunun katkılarıyla nanobiyoteknoloji araştırma grubu UNAM içerisinde çok kritik bir rol oynamaktadır.

Bilkent, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümünde yer alan öğretim üyelerinin bir kısmı UNAM bünyesindeki nanobiyoteknoloji araştırma birimini hayata geçirmek için, çok yönlü çalışmalarını bu alandaki uygulamalar için adapte etmeye girişmişlerdir. Örneğin, antikanser terapiler geliştirmek için yeni tarama ve diagnostik markerların tayini çalışmaları Prof. Dr. Mehmet Öztürk’ün yönetiminde sürdürülmekte. Monoklonal antikorlar geliştirip bunları nanomakineler ve nanosensörler üzerine tutturup çok duyarlı ve hızlı biyoterör ajanlarının veya hasta dokulardaki bozuklukların tayin yöntemlerinin geliştirilmesi çalışmalarını Yrd. Doç. Dr. Tamer Yağcıoğlu yönlendirmekte. Ayrıca Yrd. Doç. Dr. Can Akçalı mezenkimal kök hücre çalışmalarını ve bu alandaki biyoterapötik uygulamaları ile nanoimplantlar destekleri üzerine uygulayıp doku ve hücre tedavisine yönelik araştırmaları yürütmektedir.

Biyoinformatik ve genom bilim konularındaki yoğun araştırmalarını Yrd. Doç. Dr. Özlen Konu, Doç Dr. Işık Yuluğla birlikte diğer kanser tiplerinin yanı sıra özellikle meme kanseri üzerine moleküler markörlerin belirlenmesi ve tanı ile tedavide kullanımına yönelik uygulamalar için transckriptom analiz ve hücre yolaklarındaki hasarı tayin edebilecek çalışmalarını yoğun şekilde yürütmektedirler. Yrd. Doç. Dr. Uygar Tazebay ile Y.Doç. Dr. Cengiz Yakıcıer’in çalışma grubları, nanofabrikasyon ve omiks teknolojilerinin geliştirilmesi ve yerleştirilmesi, ayrıca klinik uygulamalar için RNA interferans ve mikro RNA tekniklerini kullanarak yeni diagnostik yöntemler geliştirmek üzere yoğun çaba harcamaktadırlar. Otoimün hastalıklarla X-Kromozomu inaktivasyon iliflkisini belirlemek için Prof.Dr. Tayfun Özçelik de UNAM bünyesinde arafltırmalarına devam etmektedir. Ayrıca, kanser hücrelerinin sağlıklı hücrelere zarar vermeden öldürülmesi üzerine nanobiyoteknoloji grubu olarak çok yeni ve farklı metodlar üstünde ve sadece dünyada birkaç laboratuvarda sürdürülen çok ileri düzeyde araştırmalar sürdürülmektedir. Örneğin, Bakteri DNA’sı bizim DNA’mızdan yapısal farklılıklar gösterdiğinin keşfiyle DNA moleküllerinin bağışıklık sistemi üzerine olan uyarıcı etkisinden yararlanarak yeni DNA kökenli ilaçlar tasarlanmaktadır.

Örneğin bu ilaçları yeni jenerasyon aşı geliştirmekten, antikanser ve anti allerjik uygulamalara ve aşısı olmayan hastalıklardan immün koruyucu ajan olarak kullanmaya kadar geniş bir yelpaze deki biyoyararlılı¤ğının tesbiti için bizim bulgularımızı temel alarak klinik faz çalışmaları yurtdışındaki bazı merkezlerde başlamıştır. Ayrıca bizim buluşumuzla, sadece kanserli dokulara veya civarına kontrollü bir şekilde DNA’yı ve istendiğinde de kemoterapi ajanını da birlikte salabilen nanokeseciklerle antikanser terapileri geliştirilmekte ve bunların deney hayvanlarındaki etkinlikleri tayin edilmektedir.

Farelerdeki çalışmalarımız göstermiştir ki bu terapi yöntemi ile, insanda baş ve boyun da oluşan ve çok hızlı bir şekilde ilerleyebilen bu kütle kanseri modelini farelerde %90’nın üzerinde bir başarıyla ortadan kaldırabilmekteyiz. Yine DNA’nın bağışıklık sistemimizi uyarıcı özelliğini kullanarak hazırladığımız ve kendi kendine nanoparçacık oluşturma kabiliyeti olan sentetik DNA parçacıklarını kullanarak yeni jenerasyon “üniversalprofilaktik aşılar” geliştirmekte ve bunları “aşısı olmayan” öldürücü bulaşıcı hastalıklardan acil korunmaya yönelik immün koruyucu ajanlar olarak deney hayvanlarında % 100’e varan bir korunma başarısıyla kullanmaktayız. Bizim ve başkalarının yayınladığı bulgular göstermiştir ki bu DNA parçacıkları birçok patojene karşı profilaktik koruyuculuk sağlamaktadır. Nanobiyoteknoloji alanında DNA bazlı ilaçların nanotıp amaçlı kullanımlarını da ilk kez nanobiyoteknoloji grubu üyelerimiz uluslararası çalışmalarıyla ortaya çıkarmıştır. Bu bağlamda memeli DNA’sının, bakteri DNA’sından farklı olarak bağışıklık sisteminin belli hücrelerini uyarmak yerine baskılamakta olduğunu belirleyip, DNA’nın bu özelliğinden yararlanarak Guanozin zengini nanoparçacıklar tasarlayıp DNA bazlı bu ilaçları bazı otoimmün hastalıkların tedavisinde kullanmanın mümkün olduğunu yinemodel hayvan deneyleriyle kanıtlamışlardır. Çalışmalar göstermiştir ki bu ajanlar hayvanları sistemik, organ veya dokulara bağlı çeşitli otoimmün bozukluklardan koruyabilmekte ve hastalığın seyrini durdurmakta bazı durumlarda geciktirebilmektedir. Bu baskılayıcı DNA parçacıkları artritten lupusa, septik floktan diyabete karşı etkili olabilmekte ve deney hayvanlarını koruyabilmektedirler.


Nanobiyoteknoloji biriminde antikanser ve temel araştırma amaçlı tüm vücud ile doku ve hücre içi görüntüleme yöntemleri geliştirerek bu teknolojiyi ilaç hedefleme ve diagnistik görüntüleme amaçlı kullanmak hedefindeyiz. Bu nedenle son derece hassas ve gelişmiş techizatlarla donatılacak olan birimimizde son yılların en etkin görüntüleme yaklaşımlarından birisi olan ve 5 ile 25 nm boyutlarında değişen kuvantum noktacıklarını da (Q-dots) kullanmaktır. Hedef hücre, doku veya organa yönelik görüntüleme yapabilmek için antikorlarla yüzey modifikasyonu yapıan Q-dots istenen bölgeye hedeflenmekte ve bunun sonunda çok hassas görüntüler elde edilmekte. Ayrıca biyolojik sis temin nanoparçacıklarla olan ilişkilerini de moleküler düzeyde anlamayı ve bu yeni teknolojinin vücuda daha önceden düşünülmeyen veya öngörülmeyen yan etkilerinin olup olmadığını da belirlemeyi planlamaktayız.

Kuvantum noktacıklarını kullanarak gerçekleştirdiğimiz son çalışmalardan elde ettiğimiz sonuçlarla daha önce başarısız kaldığımız ve ilişkilendiremediğimiz bir etkileşimi de çok hassas bir seviyede konfokal mikroskopisi sayesinde ortaya çıkardık. Bu sayede DNA nanoparçacığını hücre yüzeyinde bağlayan ve hücrenin içerisine alınmasını artıran bir proteinin hücre içerisinde hem hangi kompartmente yönlendirildiğini hem de nasıl DNA-protein etkileşiminin yer aldığını kuvantum noktacıklarına bağlanmış antikorları kullanarak başarıyla görüntüledik.

Sonuç olarak, DNA’yı gerek sentetik parçacıklar, gerekse genomdan köken alan bir birim olarak elde ederek hem nanotıpta (otoimmün veya profilaktik aşı ajanı ya da antikanser ilaç olarak kullanarak), hem de nanobiyoteknolojik uygulamalarda kullanılacak (nanomakineler, nanodevreler ve nanoteller gibi) katma değeri çok yüksek yeni ve akıllı ürünlerin oluşumunu sağlayan bir malzeme olarak yakın gelecekte görmeye başlayacağımızı söylemek hayalci bir yaklaşım değildir. Bu ve bunun gibi çalışmalarımızı daha ileriye götürüp insan klinik çalışmalarına yönelebilmemiz için kamu ve özel sektörün bu konulara ilgi gösterip yatırım yapmasını bekliyoruz.

Bu araştırmalardan elde edilecek sadece patent hakları yatırımcı firmalara çok büyük girdiler sağlayacaktır. Yurtdışındaki firmaların uygulamaları hep bu anlayışla yürütülmekte ve bizim girişimci özel sektörümüzün de artık bu stratejileri geliştirmek zorunluluğu vardır, dahası yenilikçi ve yaratıcı fikirleri ürüne dönüştürmeyi öneçıkaran firmalar bu yüksek katma değer sayesinde verimliliklerini de en üst düzeylere çıkarabilmeyi başaracaklardır.



Yard. Doç. Dr. İhsan Gürsel
Bilkent Üniv., Moleküler Biyoloji ve Genetik
Kaynak: Tübitak Bilim ve Teknik Dergisi