PAGEV

 MODERN TIBBIN GELECEĞİNİ ŞEKİLLENDİREN POLİMERLER

 

Derleyen: Erkan İNDİBAY

 

 

Polimerler, yalnızca bir pandemi zamanında değil, tıp alanında da ön saflarda yer almaktadır. Birçok tıbbi ilerlemenin ayrılmaz bir parçası olmuşlardır ve günümüze kadar birçok araştırmacı için umut kaynağı olmaya devam etmektedirler.

 

Plastikler yeni alanlar keşfediyor

Medya, dijital devrim ve onun desteklediği bağlantılı tıp alanındaki gelişmeler hakkında ses çıkarmayı seviyor. Ortaya çıkan uygulamalar hasta konforuna büyük katkıda bulunsa da, her zaman düşünüldüğü kadar devrim niteliğinde olmuyorlar. Diğerlerinden daha az gösterişli olsa da, üniversite ve ilaç endüstrisi laboratuvarlarında başka bir devrim daha yaşanıyor. Amaç, tedavileri her hastanın özel ihtiyaçlarına göre uyarlayarak bakımın daha fazla kişiselleştirilmesini sağlamaktır. 

Plastik Sinirler

Zengin ülkelerde, modern tıp yaşam beklentisini önemli ölçüde uzatmayı mümkün kılmıştır. Bugün, vücudumuzun hayati işlevlerini az çok başarılı bir şekilde uzatabilmemize rağmen, doku mühendisliği ve özellikle bağ ve tendon mühendisliği, zorlukların en büyük olduğu araştırma alanıdır. 

İlk polimer tendon protezleri 1980’lerde ortaya çıktı. Çok etkiliydiler, ancak zamanla aşınma ve yıpranmaya karşı dirençlerinin olmadığı kanıtlandı, bu da hastaların sonunda başka bir operasyona ihtiyaç duyacağı anlamına geliyordu. Günümüzde tıbbi araştırmalar, polimer üreticileri tarafından yürütülen araştırmaları yakından takip ediyor. Örneğin, PLA ile örülmüş, mükemmel elastik ve teorik olarak aşınmaya dayanıklı yapay tendonlar tasarlamayı mümkün kılabilecek poli(etilen oksit-b-propilen oksit-b-etilen oksit) tipi kopolimerler olan poloksamerlere ilgi var. 

Bazıları bunu, insanları ölümsüz kılmayı uman tartışmalı disiplin olan transhümanizme doğru atılmış bir adım olarak görüyor. Hala çok uzakta, ancak malzeme bilimi de dahil olmak üzere bilim ilerliyor. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Stanford’dan bir ekip, kırılmadan önce orijinal uzunluğunun üç katına kadar gerilebilen inanılmaz derecede elastik yeni bir polimer geliştirdiğini iddia ediyor. Bu kendi kendini onaran elastomer, elektriksel uyarım altında genişliyor veya daralıyor.

Elastomerlere dayalı yapay bağlar uzun zamandır var olmasına rağmen, araştırma laboratuvarları artık polimerlerin özelliklerine dayalı yapay kaslar yaratmaya çalışıyor.

Kas tıbbı laboratuvarın kaydettiği ilerlemeleri yakından takip ediyor çünkü böyle bir malzeme bir gün kasların yerini alabilir. Araştırmacılar bu yeni polimerin özelliklerini çapraz bağlamadan, yani moleküler zincirleri birbirine bağlayarak üç boyutlu bir ağ oluşturan kimyasal bir işlemden aldığını ortaya çıkardılar. Ayrıca temel polimerin elektrik alanlarına duyarlı hale getirmek için metal iyonlarıyla zenginleştirildiğini de biliyoruz. Potansiyel uygulamalar arasında açıkça kasların kısmen değiştirilmesi ve hatta yapay deri tasarlama olasılığı yer alıyor. İkincisi, protez kullanıcılarının bu deriyi kullanıcının kütüğündeki sinir sistemine bağlayarak dokunma duyularını yeniden kazanmalarına olanak tanıyacaktır. 

Nanoteknolojiler: neredeyse sonsuz potansiyel uygulama

Bir nanomalzeme, ister kazara oluşmuş ister üretilmiş olsun, en az %50’si 1 nm ile 100 nm arasında bir dış boyuta sahip, agrega veya kümelenmiş formda serbest parçacıklar içeren doğal bir malzemedir. Tıbbi dünyada polimerlere uygulanan nanoteknolojiler, çok daha az invaziv, daha iyi hedeflenmiş ve giderek daha kişiselleştirilmiş tedavilerin önünü açıyor. 

Yaklaşık yirmi yıldır, tıbbi dünya tedavileri daha etkili hale getirmek için kişiselleştirmeye çalışıyor. Amaç, aktif bileşeni doğru miktarda ve yalnızca gerekli olduğunda sağlamaktır. Kanser tedavisi bunun iyi bir örneğidir. Laboratuvarlar artık sağlıklı hücreleri yok etmeden yalnızca hastalıklı hücrelere saldıracak tedaviler geliştirmeye çalışıyor. Bu büyük bir zorluk çünkü kemoterapi tedavileri çoğunlukla intravenöz olarak enjekte ediliyor ve vücuda yayılarak sağlıklı hücreleri zayıflatıyor.
Hala gidilecek uzun bir yol var, ancak ileriye giden yol giderek daha da netleşiyor. Fransa’da bilim insanları yakın zamanda vinil polimerlere dayalı yeni bir biyolojik olarak parçalanabilir polimer geliştirdiler ve üretim süreci gizli tutuluyor. Ancak, çeşitli kanserlere karşı etki eden bir molekül olan gemcitabine ile bir polimer arasında kovalent bir bağ (elektronların bir araya gelmesiyle iki atom arasında oluşan bir bağ) oluşturmayı başardıklarını biliyoruz. Polimerler ilacı taşımak için dikkate değer araçlar olsa da, zorluk ilacı doğru zamanda salmanın ve hedeflenen hücrelere ulaştırmanın bir yolunu bulmaktır. 

Singapur’daki Biyomühendislik ve Nanoteknoloji Enstitüsü’nde, stafilokok türü mantar enfeksiyonlarına karşı etkili olabilen biyolojik olarak parçalanabilir bir polimer geliştirildi. Polietilen tereftalat (PET) bazlı bu nanopartiküller, enfekte hücrelere mıknatıs gibi çekilecek şekilde modifiye edildi. Bu laboratuvardan gelen ilk yayınlar henüz çok daha fazla bilgi ortaya koymadı…

Görünüşe göre tıbbın geleceği nanoteknolojiyi içerecek. Singapur’da bir laboratuvar, hastalıklı hücreleri hedef alabilen PET tabanlı nanopartiküller tasarladı.

Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde araştırmacılar, tedavi edilemez beyin kanserine karşı bir yol arıyorlar. Bu organa bir ilaç vermek kolay değil çünkü kısmen “iyileştirici moleküllerin” amaçlanan bölgeye düzgün bir şekilde ulaşmasını engelleyen özellikle viskoz bir sıvıdan oluşuyor. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar molekülleri iyi bilinen, toksik olmayan bir polimer olan polietilen glikolün nanopartikülleriyle kapladılar. Bu polimer bir yağlayıcı görevi görüyor ve ilaç moleküllerinin daha iyi kaymasını sağlıyor. Araştırmacılar nanopartiküllerin boyutunu biraz artırmanın kayma özelliklerini iyileştireceğine inandıkları için hala ilerleme kaydedilmesi gerekiyor.

Polimerler kırmızı halıyı seriyor

Kan, özellikle bağışçılar giderek daha da kıtlaştıkça giderek daha değerli bir meta haline geliyor. Bu sorunun çözümü yapay kanın geliştirilmesinde yatıyor olabilir. Bu gerçekten sadece bir hayal mi? Kuzey Carolina’daki bir Amerikan laboratuvarı bunun üzerinde çalışıyor ve ilk sonuçları oldukça kesin görünüyor. Aslında, aslında kan yaratmadılar, bunun yerine oksijeni organlara ve karbondioksiti akciğerlere taşıma görevi olan kırmızı kan hücreleri yarattılar. Kuzey Carolina’da, bu sentetik kırmızı kan hücreleri, polimer hidrojelden oluşan hücrelerin kalıplandığı elastomerik bir floropolimer kalıp kullanılarak yaratıldı. Hangisi? Bilim insanları buna basitçe “ön polimer” diyorlar. Farelere enjekte edilen bu hidrojel hücreleri gerçek verimlilik ve çok iyi direnç gösterdi. Dahası, esneklikleri her türlü damardan geçmelerini sağlıyor. Bu keşif kesinlikle bir gün yapay kan üretmeyi mümkün kılacak, ancak aynı zamanda aktif bileşeni (iyileşmek için kullanılan molekül) vücudun genellikle erişilmesi zor bölgelerine ulaştırabilen bir ilaç veya en azından zarfı da.

Bir Amerikan laboratuvarı, polimer hidrojele dayalı yapay kırmızı kan hücreleri yaratarak sentetik kanın geliştirilmesinin önünü açıyor.

Tıbbi robotlar, yatıştırmak için tasarlanmış polimerler

Robotizasyon, sağlık araştırmacılarının tercih ettiği bir diğer konudur. Cerrahi kollar değil, insan vücuduna sokulduğunda bir hastaya daha iyi bakım sağlayabilen veya tedaviyi daha az külfetli hale getirebilen küçük, yumuşak robotlar. Örneğin, düzenli olarak kendilerine insülin enjekte etmek zorunda olan diyabet hastaları için durum böyledir. 

MIT’de yaban mersini büyüklüğünde bir kapsül biyolojik olarak parçalanabilir bir polimerden üretildi. Kapsül, dondurularak kurutulmuş insülinin bir mikro iğnesini çevreliyor. İşin püf noktası, tedaviyi doğru zamanda enjekte etmenin bir yolunu bulmaktı. Bunu yapmak için araştırmacılar, kapsüle mideye ulaştığında eriyen küçük bir şeker küpünden yapılmış bir kapak taktılar. 

Hedefine ulaştığında, kapsül mide astarını delecek insülin iğnesini serbest bırakır.

MIT’de araştırmacılar, dondurularak kurutulmuş insülin iğnesi taşıyan bir nanorobot geliştirdiler. Dünya çapındaki milyonlarca diyabet hastası için bu, günlük enjeksiyon çilesinin sonu anlamına gelebilir.

Basit ve etkili… Kapsül daha sonra doğal olarak sindirilir. Tek sorun, bu kapsülün maliyetinin geleneksel insülin kalemlerinden çok daha yüksek olmasıdır. 

Çoğunlukla elastomer veya silikon bazlı yumuşak robotlar, dünya çapında birçok tıbbi araştırmanın merkezinde yer almaktadır. (Plastiklerin Robot Teknolojisinde ki Gücü makalemize bakın). Almanya’daki Max Plank Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, yakın zamanda manyetik sensörler kullanılarak uzaktan kontrol edilebilen, sadece 4 milimetre boyutunda küçük bir yumuşak robot geliştirdiler. Bu küçük tırtıl, yutulduğunda veya cilde yerleştirildiğinde, sindirim veya idrar sisteminden, karın boşluğundan veya hatta kalbin yüzeyine kadar ilerleyerek ilacı doğru yere bırakabilir. Bu robotun özgünlüğü, her şeyden önce aşırı hareket kabiliyetinde ve tüm engelleri aşmak için esneme yeteneğinde yatmaktadır. Zaten sentetik bir midede test edildi ve bu engel parkurunu başarıyla tamamladı! 

Bunlar, geleceğin tıbbının başlangıcı olabilir mi? Bunun oldukça olası olmasının nedeni, 3D baskı gibi diğer teknolojilerin de evrim geçirmesidir. Bu nedenle, protezler ve robotlar yakında hastalarının ihtiyaçlarına göre hastanelerde üretilebilir. Bazı laboratuvarlar ayrıca malzemelerin hibridizasyonuna bakıyor ve örneğin yeni organlar üretmek için polimerler gibi sentetik malzemeleri kök hücrelerle birleştirmeye çalışıyor. Biyonik adam hayaline doğru bir adım daha mı? Belki, ancak şu an için amaç, tedavileri kişiselleştirerek daha iyi bakım sağlamak. Bunu başarmak bile ileriye doğru büyük bir adım olacaktır. 

Plastikler uzun zamandır bakım sağlıyor
Polimerler araştırmacılara ateş veriyor

1940’ların sonlarında, neredeyse tüm endüstriler plastiklere ilgi duymaya başladığında, birçok tıbbi araştırma laboratuvarı, özelliklerinin insanlığın sağlığını iyileştirmeye katkıda bulunup bulunamayacağını araştırmaya başladı. O zamanlar terim mevcut olmasa da, bir kavram olarak biyouyumluluk inceleniyordu. Tıbbi alanda, malzemeler ve “canlı madde” arasındaki herhangi bir talihsiz etkileşimi önlemek için biyouyumluluk mükemmel olmalıdır: iltihaplı reaksiyon, potansiyel toksisite, zamanla bozulan performans, vb. Tüm bu sorunlar, sağlık güvenliğini garanti altına almak için polimer bazlı bir tıbbi cihaz piyasaya sürülmeden önce çözülmelidir. İlk araştırma ile bir cihazın piyasaya sürülmesi arasında bazen on yıldan fazla zaman geçmesinin nedenini anlamak kolaydır.

Kontakt lensler, polimer kullanan ilk tıbbi cihazlar arasındaydı. 1930’ların başlarında PMMA camın yerini başarıyla aldı. Kontakt lensler daha sonra daha rahat ve pratik hale geldi.

İlk polimer bazlı tıbbi cihazları tanımlamak zordur. Polimetil metakrilat (PMMA) kontakt lenslerin icadı 1930’lara dayanır. Daha esnek ve dolayısıyla takılması daha az karmaşık oldukları için sonraki on yılda yaygınlaştılar. PMMA ise milenyumumuzun başında, özellikle daha iyi kullanıcı konforu sağlayan oksijen geçirmez malzemeler olan silikon hidrojeller ile değiştirildi.

Bir diğer sembolik örnek ise protezlerdir! En iyi bilinen ve kesinlikle en sansasyonel olanlar engelli sporcular için yaratılanlardır. Karbon ve epoksi reçine bıçaklar, engelli olmayan sporcuların ulaştığı hızlara yakın hızlara ulaşmalarını sağlar. 3D baskı, sağlık dünyasında ve özellikle el protezleri dünyasında da muhteşem ilerlemeler sağlamıştır. Tüm bu protezlerin ortak noktası, kolayca yazdırılabilmeleri ve gereken tüm içsel özelliklere sahip olmaları nedeniyle yalnızca polimer kullanmalarıdır. İngiliz şirketi OpenBionics tarafından geliştirilen poliamid modeller de böyledir. Bu özel yapım protezler uygun fiyatlıdır, mükemmel bir karmaşıklık düzeyine ulaşmıştır ve kişiselleştirilebilir.

PEEK (polietereterketon), 1980’lerden bu yana sağlık alanında ve özellikle implant alanında devrim yaratan bir başka polimerdir. Artık o zamana kadar en biyouyumlu malzeme olarak kabul edilen titanyumun yerini almaktadır.

Omurgadaki servikal ara elemanlarda, kalça eklemi protezlerinde ve hepsinden önemlisi diş implantlarında bulunur. Mükemmel biyouyumluluğu kemik dokusuyla mükemmel bir kaynaşma sağlar ve mekanik özellikleri iskeletinkine çok benzerdir. Düzenli olarak uçakla seyahat edenler için bir diğer avantajı, titanyumdan farklı olarak güvenlik kapılarından geçerken herhangi bir alarmı tetiklememesidir. Bu polimerin basımı da oldukça kolaydır. Bu sayede, implantları takanların morfolojisine mükemmel şekilde uyarlanmış şekilde üretme olanağı sayesinde daha kişiselleştirilmiş tıbbın önünü açmıştır.

Basılabilir ve mükemmel biyouyumlu olan PEEK, kemik implantları için ideal polimerdir. Basılabilmesinin nispeten kolay olması artık gerçekten özel yapım protezler üretmeyi mümkün kılıyor.

Cilt altındaki polimerler

Biyouyumlulukları, tıbbi kullanım için polimerlerin tek avantajı değildir. Bazıları ayrıca biyolojik olarak parçalanabilir ve bu nedenle insan vücudu tarafından doğal olarak özümsenir. En iyi bilinen uygulama, vücut tarafından üretilen belirli enzimlerle temas ettiğinde parçalanan PLA (polilaktik asit) veya PGA (poliglikolik asit) bazlı dikişler olmaya devam etmektedir. Bazı üniversitelerde, özellikle Birleşik Krallık’ta, biyolojik olarak parçalanabilen yeni bir polikarbonata büyük ilgi vardır. Bu özellikle sert ve dirençli polimer bir kırığa uygulanabilir ve iyileşmesine aktif olarak katkıda bulunabilir. Bu nedenle, bir kez uygulandığında, kemik büyüdükçe parçalanır ve daha kısa konsolidasyon sürelerine veya osteoartrit veya osteoporoz tedavisine olanak tanır.

 

Çoğu durumda cerrahi dikişler, yalnızca biyouyumlu değil, aynı zamanda her şeyden önce biyolojik olarak parçalanabilir polimerler olan PLA veya PGA’dan yapılır. Vücudun ürettiği enzimler bunları parçalamak için yeterlidir.

Polimerler ilaçlarda da çeşitli amaçlarla kullanılabilir. Aslında birçok kapsül, bir molekülün kötü tadını maskelemek için mükemmel bir şekilde emilebilen ince bir polimer tabakasıyla kaplanmıştır. Ancak, asıl kullanımları bu değildir. Nişasta bazlı bir oligomer olan siklodekstrin, bilim insanlarının moleküler kafesler olarak adlandırdığı şeyi üretmek için de yaygın olarak kullanılır. Görevleri, etkinliğini artırmak için aktif bileşenin iletimini geciktirmektir. Bazı kapsüller etkili olmak için moleküllerini yemek borusunda değil bağırsakta serbest bırakmalıdır. En iyi çözüm, aktif bileşeni daha yavaş parçalanacak bir polimerde kapsüllemektir. 

Sonuç: Polimerlerin Sınırsız Potansiyeli

Polimerler, tıbbın birçok alanında devrim yaratmaya devam ediyor. Nanoteknolojilerden yapay organlara, biyolojik olarak parçalanabilir materyallerden tıbbi robotlara kadar uzanan bu yenilikler, gelecekte sağlık hizmetlerini daha kişiselleştirilmiş ve etkili bir hale getirebilir. Polimerler, sadece bir malzeme değil, aynı zamanda modern tıbbın temel taşlarından biridir.

Kaynaklar:

https://plastics-themag.com/Plastics-explore-new-territories

https://plastics-themag.com/Plastics-have-been-caring-for-a-long-time

 ----------------------------------------

Tek kullanımlık şırıngalar, nakil için kan torbaları ve kalp kapakçıkları gibi plastik tıbbi ürünler olmasaydı modern sağlık hizmetleri yürütülemezdi. Plastik ambalajlar olağanüstü geçirmezlikleri, hafif, düşük maliyetli, dayanıklı, şeffaf ve diğer malzemelerle de uyumlu olmaları sayesinde özellikle tıbbi uygulamalara elverişlidir. 

İnsanlar gitgide daha iyi, uzun ve kaliteli hayatlar sürmektedir. Modern plastik ürünlerinin sınır tanımaz çok yönlülüğü sayesinde 50 yıl önce akla hayale sığmayan tıbbi atılımlar artık sıradan bir hal almıştır. 

Bazı uygulamalar 

Kan damarlarının açılması: Artık kalp ameliyatlarında kan damarlarını açmak için ince borular (kateter) kullanılırken, bunları tıkayan kalıntılar "damar destekleyici" adında küçük spiral şekilli bir implant yardımıyla parçalanabilir. Müdahalenin yapıldığı atardamara yerleştirilen bu implant, özellikle tıp alanı için geliştirilmiş ve aktif maddeler barındıran bir plastiktir.
Protez: Artık plastik malzemeler deformiteleri doğrultan, destekleyen veya düzelten ortopedik cihazlar olarak da kullanılmaktadır. Vücudun hareket eden uzuvlarının işlevini iyileştirmek, bir uzvun yerini alarak temel işlevini sürdürmesini sağlamak gibi kullanımları dahi söz konusudur. Sentetik maddeler aynı zamanda damar destekleyiciyle rahatlatılamayan atardamarlarda hayati bir rol oynamaktadır. Aortun sorunlu bölümü çıkarılarak esnek, plastik bir protezle boşluk köprülenir. Bu sayede vücudun can damarı tekrar işler hale gelir.
Yapay kornealar: Göz yaralanmaları yahut kornea erozyonu gibi kronik iltihap durumları görme bozukluğuna yol açabilir. Organ nakliyle başarı şansının çok düşük olması durumunda tek çare protez olmaktadır. Tedavilerde özel silikondan üretilen yapay kornealar kullanılmaktadır. Yalnızca 0.3-0.5 milimetre kalınlığı, son derece şeffaf ve esnek yapısı, doğal korneaya benzer biyo-mekanik özelliğinin yardımıyla yeniden tam görüş imkanı sağlar.
İşitme cihazları: Ağır işitme kaybı yaşayanlar artık bir plastik implant yardımıyla yeniden işitme duyularına kavuşabilmektedir. Bu implant bir adet mikrofon, vücuda giyilen mikro bilgisayara bağlı bir iletim cihazı, bir uyarıcı ve 16 farklı frekans aralığında yayın yapan 16 elektrotlu bir elektrot taşıyıcı gibi parçalara sahiptir. Ses sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştürüp zarar görmüş hücreleri baypas ederek işitme sinirlerini doğrudan harekete geçirir.
Plastik ilaç kapsülleri etken maddeyi doğru zamanda, tam gereken miktarda salar. Tartarik asit bazlı polimer kademeli olarak parçalanıp etken maddeleri daha uzun bir süre zarfında, yavaş yavaş salar. Kişiye özel uyarlanan bu ilaçlar sayesinde çok miktarda hapı sık aralıklarla almanız gerekmez.