

Örümcek İpeği Tıpta Yeni Bir Kapı Açabilir


Zoolog Fritz Vollrath
Fritz Vollrath'ın öncülük ettiği çalışmada, örümcek ağının, diz kaymalarından kalp nakillerine kadar geniş bir medikal alanda kullanılabileceği belirtiliyor.
Vollrath:
"Bilim adamlarının neden örümcek ağlarıyla ilgilenmediğini merak etmişimdir. Öyle bir yaratıktan bahsediyoruz ki, bir gecede bir futbol sahası büyüklüğünde bir ağ örebilir ve içine bir uçak yakalanabilecek büyüklükteki bu ağları her gün yapabilir. Demek istediğim, neden böyle bir yaratığa yeterince ilgi gösterilmiyor?"
Örümcekler ve ağlarıyla ilgilenmeye başladığında nörofizyoloji bölümü lisansüstü öğrencisi olan Vollrath, bol bol gözlem yaptı. Örümceklerin her gün bu mucizeyi nasıl gerçekleştirdiklerini inceledi. Örümcekleri amfetamin ve kafein damlaları gibi ilaçlarla besledi ve ağlarını örerken gözlemler yaptı. Örümcekler üzerinde birçok deney yaparak ağlarını nasıl "yazdıklarını" anlamaya çalıştı. Örümcekler ağını örerken ağı yönlendirerek örümceklere "88" yazmayı öğretti. Vollrath, bunun gibi birçok gözlemde bulunarak, örümcek ipeklerinin polimer endüstrisini geliştirmesinden, diz kaymaları, kalp nakilleri ve sinir hücreleri tamirlerine kadar birçok yerde önemli faktörler üstleneceğine inanıyor.
Örümcek ipekleriyle 15 yıldır çalışan Vollrath ve Oxford Üniversitesindeki ekibi, ipekleri doğrudan makaraya sarabiliyor. Bunu videoya çeken ekip, basit bir mekanizmayla örümcekten alınan ipeği doğrudan makaraya sarıyor. Deneyde altın küre örümceği kullanılırken böceğin ipek üretmesinin teşviki için uygun sıcaklık ve ortam hazırlanıyor. Örümcek bu işlemi 8 saate kadar sürdürebiliyor. Ekip, bu şekilde ipeğin moleküler özelliklerini ve üretimi aşamasındaki X-ışını kırınım dalgalarını gözlemleyebiliyor. Vollrath, bu şekilde elde edilen ürünün, makaralama şartlarıyla arasında büyük bir bağlantı olduğunu söylüyor. Bu da insanların polimer olarak bildikleri maddenin ortaya çıkması olarak yorumlanıyor.
Örümcek ipekleri gezegendeki en dayanıklı-sert maddedir. Çelik yığınlarından daha güçlü, Kevlardan ise daha dayanıklı ve esnek olan ipekler çevre şartlarına da oldukça adapte olurlar. Değişen sıcaklıklarda ve nemde gerginliklerini muhafaza edebilirler. Bu yüzden optik endüstrisinin ilgi odağındadırlar ve firavunların mezarlarında da ağlar bozulmadan kalmaktadır.
Örümcek, oluşturduğu yapının yoğunluğunu hızlı ya da yavaş örerek ayarlar. Böylece oluşturulan ağın bazı kısımları oldukça kararlı ipek olurken bazı kısımları çok daha esnek olabiliyor. Örümcek iplik üretirken nano yapısını inceleyen Vollrath şunları söylüyor:
"Örümcek ağını moleküler düzeyde incelediğimizde, bir melodide sürekli tekrarlanan bir ton gibi kendini sürekli yineleyen küçük bir peptid-motif fark ettik. Bu, ipeğin tüm ağ boyunca düzenli bir yapıda olmasını sağlıyor. Motifin neden orada olduğunu bilmesek de bildiğimiz bir şey var ki bu motif bizim hücrelerimizi bir arada tutan liflerde de bulunuyor. Vücudumuzdaki hücreler, örümcek ipeğindeki bu kısımlarla temas ettiğinde, hücrelerimiz onları fark ediyor ve ona tutunup büyüyerek tepki veriyor."
Bu küçük harmonik keşif, çok daha derinlerde bulunan mekanizmanın bulunan kısmı gibi gözüküyor. Bulgular, ipek-bazlı teknolojileri geliştirerek medikal alanda ilerlemelerin yaşanacağını gösteriyor. Vollrath:
"İpek böceğinden elde edilen ipek muhtemelen antik dönemlerde kullanılan bir dikiş malzemesiydi. İnce ama dayanaklı olan ipek, insan vücudunda rahatlıkla çözünebilen bir maddedir. Tüm kültürlerde insanların yaraları iyileştirmek için örümcek ağları kullandığına dair birçok kanıt var. İpeğin içindeki lifler kanın pıhtılaşmasını sağlıyor ve mikrobiyal özelliği ile bakterileri öldürüyor. Bunlar temel sonuçlar. Asıl soru, bu özellikler kullanılarak daha iyisi yapılabilir mi? Geleceğe yönelik projelerimizden birisi, bir tür örümcek ipeği kullanarak kalp kası yapabilmektir. Bu tip bir örümcek ipeğini bir şekilde kalp hücrelerine yerleştirirsek, kendilerini evlerinde gibi hissedip büyümeye başlayacaklarını ve kalp atışı oluşturacaklarını fark ettik. İpek çok yumuşak. Dolayısıyla nabız hareketi olan küçük bir kalp kası yapabildik. İpek biyolojik olarak çözünebilir olduğundan hücreler onun içinde büyüyebilir."
"İyileştirici tıbbın kapsamı oldukça geniştir. Örneğin dizle ilgili bir problemi ele alalım. Şu anki mevut çözüm yeni bir titanyum diz eklemi koymaktır. Hücreler hiçbir şeyi tamir edemez. Vücuda kendini onarması için yardım etmek gerekir. Hücrelerin doğru ortamda büyümeleri için bir şeylere ihtiyaçları var. Bu da tam olarak örümcek ipekleri. Öncelikle ipeği dağıtıyoruz ve kemik, kıkırdak ya da her nereyse konulacak yere göre yeniden forma sokuyoruz. Böylece insan dokularının kendini tamir etmesi için gereken ortam oluşuyor."
Oxford Biyomateryaller'in kanatları altında çalışan Vollrath ve ekibi, menüsküs implantları üzerinde de çalışıyor. Örümcek ipeği önce lityum bromitte çözülüyor ve sonrasında sağlamlaştırılıyor. Sonuçlar oldukça etkileyici ve bir plastiktense insan vücuduna uyumu oldukça iyi. Bu deneyler şu an hayvanlar üzerinde yapılmakta ve olumlu sonuçlar alınmaktadır. Vollrath'ın belirttiğine göre, insanlar üzerinde de bir ya da iki sene içinde uygulanabilir. Aynı şekilde ekip, fıtık ve kemik benzeri yapılar üzerinde de çalışmalarını sürdürüyor. Örümcek ipeği ilaçlarla vücuda verilip haftalar, aylar ya da yıllar sonra ortaya çıkabilecek etkileri inceleniyor.
Dünya genelinde başka araştırma ekipleri tarafından da örümcek ipeğinin sinir hücreleri tamiri ve yenilenmesi üzerindeki etkileri inceleniyor. Vollrath durumu şöyle değerlendiriyor:
"Uzun lifler elde edersiniz ve potansiyel olarak sinir hücreleri bunlar üzerinde büyüyebilir. Biz şimdilik küçük lifler elde ettik. Nihai amaç ise bu yöntemle omuriliği tamir etmektir."
Bu hedefler biraz uzak gibi gözükse de Vollrath'a göre mümkün. Örümceklerle çalışmanın birçok zorluğu var. Örümcek yetiştirmek zordur ve de tarladan inek alır gibi alamazsınız. Ayrıca örümcek kozalakları başka canlıların besin maddesi ve onları toplamak oldukça zahmetlidir.
Tüm zorluklarına rağmen Vollrath, örümcek ipeğinin birçok alanda kullanılabileceğine inanıyor. Herhangi bir plastik malzemeye göre yaklaşık bin kat daha enerji tasarrufu sağlıyor.
Tüm kültürlerde önemli bir yere sahip olan örümcek ipeği ile ilgili Vollrath son olarak şunları söylüyor:
"Ağ yapımı sırasında protein katlanması oluşuyor. Örümcek ağını örerken, canlı bir molekül olan ağ oldukça kararsız bir yapıdadır. Öldüğünde ise kararlı bir hal alıyor. Denatürasyon sürecini oldukça etkili bir şekilde geçiriyor. Canlandığında molekül oldukça aktif bir şekil alıyor, bir stres uygulandığında ise kimyasal değişime uğruyor ve karalı bir hale dönüşüyor. Bu özelliği beyindeki amiloid yapısına çok benziyor. Bu bölge büyük ihtimalle nörodejenarif hastalıkların(Parkinson, Alzheimer gibi) kaynağı olarak görülüyor. Eğer örümceklerde bu sistemin nasıl işlediğini kontrol edebilirsek, insanlarda da böyle hastalıkların nasıl ortaya çıktığını ve potansiyel tedavi yollarını araştırabiliriz."
Güncelleme: 15/04/2013
Kaynak: Tim Adams, "Fritz Vollrath: 'Who wouldn't want to work with spiders?'" , guardian.co.uk, çev. Ayşegül Kesmez, yaklasansaat.com, 12/1/2013.