Mikroakiskan kullanarak Yeni Tedavi Uygulamaları Geliştirme

Benim adım Mamed Toner. Aslen makine mühendisliği, ardından biyomedikal mühendisliği ve bilimleri eğitimi aldım. Massachusetts General Hospital, Harvard Tıp Fakültesi ile Harvard ve MIT'nin Sağlık Bilimleri ve Teknolojileri bölümünde öğretim üyesiyim; burada biyomedikal mühendisliğinin tıptaki çeşitli uygulamalarını araştırıyorum. Bu uygulamalar, kandaki yaygın hücrelerin çok hızlı bir şekilde tespit edilebilmesi ve fizyolojilerinin değiştirilerek, örneğin inflamasyon, yanık veya yaralanmış bir hastadaki gibi hastalık durumunda bu hücrelerin fizyolojisinin anlaşılabilmesi gibi çeşitli alanları kapsamaktadır.

Doğuştan gelen bağışıklık sistemi yanıtını anlamaya çalışırken ve bu tür vakalarda kan hücrelerinin inflamatuar yanıtı nasıl düzenlediğini anlamaya çalışırken, aynı zamanda bunların genomik ve proteomik yapılarını incelerken; bu gibi örneklerde yapmak istediğiniz şey, hücrelerin fizyolojisini, ekspresyon seviyelerini ve benzerlerini değiştirmeden bu hücreleri tespit edebilmekle ilgilidir. Dolayısıyla, hücrelerin işlenmesinden kaynaklanan bir artefaktı değil, temel sorunun doğal fizyolojisini araştırıyorsunuzdur.

Diğer uygulamalar, CD four pozitif lenfosit seviyesi gibi terapi başlangıcını belirleyecek ilgili hücreleri ölçebilen küresel sağlık çipleri gibi hasta başı tipi cihazlar olacaktır. Bu nedenle, mikroakışkan mikroçip teknolojisi üzerinde CD four pozitif hücreleri bulabilen ve sayabilen çipler geliştirmek üzerine çalışıyoruz ve daha karmaşık uygulamalar, nadir hücre tespiti olarak adlandırdığımız alanda olacaktır. Klinik tıpta genellikle yaygın hücrelerle ilgilenir ve kişinin fizyolojisini bu hücrelere dayanarak anlamaya çalışırız.

Ancak gerçekte, birçok fizyolojik veya patofizyolojik süreç; dendritik hücreler, kök hücreler ve düzenleyici hücreler ya da kanser durumunda dolaşan tümör hücreleri gibi çok daha nadir görülen hücreler tarafından kontrol edilmektedir. Bu nedenle, çeşitli tedavilere verilen yanıtı belirleyen ve aynı zamanda tanısal amaçla kullanılabilecek nadir hücreleri bulmakla ilgileniyoruz. Dolayısıyla, mikroakışkanların kullanılması ve hücrelerin birçok tanısal ve terapötik uygulama için çipler üzerine yerleştirilmesi oldukça geniş bir kapsam sunmaktadır.

Mikroakışkanlar alanındaki ilk çalışmalar, temel olarak entegre devre tipi uygulamalar için geliştirilen mikro sistem teknolojilerinin araçlarından yararlanarak yapı kurmaya ve mikro akış sitometrisi, mikro elektroforez sistemleri ve mikro kromatografi sistemleri gibi lab-on-a-chip tarzı konseptler için minyatürize sistemler uygulamaya odaklanmıştı. Bu minyatürizasyon çalışmalarından, biyolojik sistemlerin mikro sistemlerle nasıl bir araya getirileceği konusunda çok şey öğrendik. Alanın şimdiye kadar eksik bıraktığı nokta ise, bu teknolojilerin "blockbuster" olarak adlandırdığımız ana uygulamaları veya büyük klinik etkiye sahip başarılı uygulamalarıdır.

Böylece laboratuvarlarımız, özellikle büyük bir araştırma hastanesinde yer aldıkları için, bu teknolojilerin anlamlı ve kolaylaştırıcı uygulamalarını keşfetmeye ve başka türlü çözülemeyecek sorunları çözebileceğimiz alanlar bulmaya odaklanmıştır. Örneğin, küresel bir sağlık uygulaması olarak AIDS vakalarında; çok ucuz, tek kullanımlık olan, parmak ucundan alınan tam kandan pozitif lenfositleri tespit edebilen ve hasta başı tanı özelliklerine sahip bir çip üzerinde çalışıyoruz. Bu teknoloji başarılı olursa milyonlarca insan tarafından kullanılacaktır.

Bu nedenle, bu sistemlerin üretimi, ölçeklendirilmesi ve son zamanlarda bizim ve alandaki pek çok kişinin odaklandığı yüksek etkili uygulamalarda kullanılması temel önceliklerimiz arasındadır. Ancak, bu teknolojilerin klinik tıp ve biyolojik bilimlerde anlamlı uygulamalarının bulunmasında alanın büyük ilerlemeler kaydedeceği yerin burası olduğunu düşünüyorum; aynı araçlar, hücre-hücre etkileşimlerini incelemek, hücrelerin çevresel ipuçlarına nasıl yanıt verdiğini araştırmak ve hücrelerin ve dokuların mikroçevresini çok hassas bir şekilde kontrol etmek gibi temel biyolojik süreçleri ele almak için oldukça akıllıca yöntemlerle de araştırılmaktadır; bu yöntemler daha sonra biyolojik yanıtı düzenleyen temel süreçleri anlamak için kullanılabilir. Bunun, üzerinde çalıştığımız canlı kütüphane tarzı kavramlara uygulamaları söz konusudur; burada farklı genleri raporlayacak olan hücre klonları işaretlenir, çok karmaşık bir mikroakışkan ağa yerleştirilir ve tek bir deneyde binlerce farklı koşula maruz bırakılır.

Ayrıca, spec ile işaretlenmiş bu hücrelerin, farklı genlerle işaretlenmiş farklı klonların gerçek zamanlı gen ekspresyonunu izleyebilirsiniz. Benim görüşüme göre, alandaki en büyük sorunlardan biri, bu temel bilim bulgularının veya tabiri caizse bu harika teknolojilerin yeni terapilere veya anlamlı biyolojik uygulamalara nasıl dönüştürüleceğidir; bu oldukça multidisipliner bir alandır.

Uygulamalara bağlı olarak mühendislere, fizikçilere, biyologlara ve nörobiyologlara ihtiyaç duyarsınız. Bu nedenle, disiplinler arası köprü kurmak, benim görüşüme göre en büyük sorunlardan biri olmuştur. İlk keşiflerin çoğu, biyolojik problemlere dair yeterli eğitimleri veya anlayışları olmayan mühendisler ve fizikçiler tarafından gerçekleştirilmiştir.

Ancak daha yakın zamanda biyologlar da bunu fark etmeye başladılar; farklı disiplinler arasındaki bu araçlar ve heyecan verici farklılıklar, hem biyoloji tarafındaki ilgi hem de bizim grubumuz gibi çok disiplinli ekiplerin bu araçların klinik tıp ve biyolojideki uygulamalarını araştırması sayesinde son yıllarda önemli ölçüde azaldı. Bana göre, bu fikirlerin uygulamaya geçirilmesini etkileyen temel meselelerden biri bu çok disiplinli yönle ilgili. Diğer mesele ise akademi ve endüstri arasındaki köprüdür.

Bu fikirlerin çoğu akademide ortaya çıkmaktadır, ancak oldukça karmaşıktırlar; hücreleri, karmaşık biyolojik süreçleri ve ayrıca karmaşık mühendislik, üretim ve paketleme sorunlarını içerirler. Bu nedenle, bu teknolojilerin ticarileştirilme sürecindeki çeviri aşaması, çok büyük ilgi ve özen gerektiren bir konudur. Bu yükün bir kısmı ise endüstrinin omuzlarındadır.

Sektördeki temel atılımları hayata geçirmek, özellikle klinik çalışmaları ve biyolojik örnekleri içerdiğinde, basit bir süreç değildir. Bu iki meseleye ek olarak, alanın multidisipliner doğası ve akademiden endüstriye geçiş, önümüzdeki yıllarda aşmamız gereken iki temel engel olabilir. Ancak bu konular üzerinde çalışan pek çok grup var ve tıp ile biyolojide "küçük teknolojiler" olarak adlandırdığım mikro ve nano teknolojilerin uygulamaları için oldukça heyecan verici bir gelecek görüyorum.