Biyo-bilgisayar ne zaman ilaç verileceğine karar veriyor

ABD'deki bir grup araştırmacı, ilaçların salınımı için kullanılabilecek bir enzimatik mantık sistemi oluşturdu [1]. Bu çalışma, elektronik devreler kullanılmadan bir seri fizyolojik sinyalle çalışan insan yapımı ilk biyomoleküler sistem olma özelliğini taşıyor.

Biyomoleküler sinyalleri işleyen biyo-bilgisayar esaslı mantık sistemleri ilaç yönetiminde devrim yaratacak özelliklere sahip. Sinyale tepki gösteren elektrot yüzeylerini biyokimyasal sinyallere karşı hassas bir hale getirererek, geniş bir ölçüde kişiselleştirilebilecek tıbba erişmek gerçeğe bir adım daha yakınlaşıyor.

Tarihsel olarak incelendiğinde, ilaç salınım sistemleri yavaş ve kontrolsüz salınımdan oldukça dertli. Çeşitli dış tetikleyici unsurlar, örneğin sıcaklık, pH ve biyokimyasal türler, ilaç salınımını uyarmak için kullanılıyor. Biyokimyasal sinyallerle aktifleştirilen sistemler çoğunlukla oldukça karmaşık ve sınırlı ve alıcı ile salınım yapan sistemlerin her ikisini de bünyesinde barındırıyor. Bu iki bileşenin ayrı elektrotlarda fiziksel olarak ayrılması işlemi basitleştirebilir.

Glukoz algılayıcı elektrotlar hakkındaki son çalışmasını geliştiren [2], Clarkson Üniversitesi'nden Evgeny Katz ve Shay Mailloux, Albany'deki New York Eyalet Üniversitesi'nden Jan Halámek ile beraber mantıksal bir biyomolekül salınım sistemi geliştirdi. Redoks-aktif, demir(III) ile çapraz bağlı alginat polimer filminde fiziksel olarak tutuklanmış biyomoleküller içeren bir elektrot maddeyi salan bileşen olarak görev yaparken, pirolokinolin kinon (PQQ) modifiye elektrot ise biyokatalitik elektrot olarak çalışıyor.

Sistem son derece seçici olarak çalışıyor, çünkü dikkatlice tasarlanmış mantıksal kapı kombinasyonları ile işlenen biyomoleküler girdi sinyallerinin yalnızca belli kombinasyonlarına karşı tepki üretiyor. Nikotinamid adenin dinükleotid (NADH) ile yükseltgenince, biyokatalitik elektrot negatif potansiyel ve indirgen akım oluşturuyor. Buna karşılık, demir(III)-çapraz bağlı iyonlar demir(II)'ye indirgeniyor ve film çözünür hale gelerek tutuklanmış biyomoleküller salınıyor. Salınımın NADH ile tetiklenmesi için kullanımı önemli, çünkü pek çok biyokatalitik sistem NADH'yi kolayca üretebiliyor ve model sistemin çok geniş bir uygulama alanı oluşuyor.

Katz, yaklaşımlarındaki yeniliğin özel sinyaller aldığında biyomolekülün salınması olduğunu belirtiyor ve sonunda bu sinyalin hastanın vücudunda üretilebileceğini söylüyor. Biyomolekül salınımı yapan biyo-bilişim ile ilgili ilk örnek olduğunu vurgulayan Katz, şöyle diyor: “Çalışma biyo-bilişimin, bir başka deyişle biyokimyasal yolla bilgi işlemenin nasıl kullanıldığını gösteriyor, ve bir başka sürecin nasıl tetiklendiği görülüyor. Bunu anlamak için bir bilgisayara yazıcının bağlanmasını örnek gösterebiliriz. Bu kombinasyonda bilgisayar bilgiyi işlerken yazıcı sonuçları yazdırmış oluyor. Biyokimyasal sistemimiz kavramsal olarak bu şekilde çalışıyor”.

Birleşik Krallık'taki Queens University Belfast'ta moleküler bilişim uzmanı olarak çalışan A Prasanna de Silva, sistemi nadir bir mantıksal ilaç salınım örneği olarak tanımlıyor. Birleşik Krallık'taki University of the West of England'da geleneksel olmayan bilişim alanında profesör olarak çalışan Andy Adamatzky ise “Katz'ın grubu gelecek için yeni uygulama alanları açtı ve yeni bir paradigmanın doğmasını sağladı. Bu araştırmacılar geleneksel olmayan bilişimi tamamen teorik bir alandan enerjik bir deneysel alana dönüştürdü ve alışılmadık bilgi işleme ve karar verme kavramlarının biyomoleküllerle gerçekleştirilmesini mümkün kılarak potansiyel olarak kişisel hastalık tedavisine uygulanabilme yolunu açtı”.

Bu zarif kavram henüz gerçek tıbbi uygulamalar için hazır olmasa da, bu amaç için gerçek biyo-akışkanlar kullanarak çalışmalara başlandı bile.

 

Kaynaklar

S Mailloux, J Halámek and E Katz, Analyst, 2014, DOI: 101.1039/c3an02162a
S Mailloux et al, Chem. Commun., 2013, 49, 4755 (DOI: 10.1039/c3cc42027b)
http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/12/biocomputer-decides-when-administer-drugs

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap