Yarı Canlı Çipler

[Siyabend]

Beyin ölümü gerçekleşmiş bir hastadan alınan beden, kimin işine yarayacak? Tabii ki ilk adaylar, boyundan aşağısı felçli hastalar. Doktorlar kafa naklinin, hastanın ömrünü uzatacağı düşüncesinde. Çünkü felçli hastalar çoğu kez, birden çok organın işlevini yitirmesiyle normalden erken ölüyorlar.

Bu ameliyattan canlı çıkan hastaların, yeni vücutlarıyla atlayıp zıplamaları, hatta yürümeleri, bugünün teknolojisiyle olanaksız. Ancak bilim adamları, kesik omuriliklerin onarılması yönteminin 21. yüzyılda bulunacağına inanıyorlar. Üstelik anlaşılan fazla da beklemeyecekler.

ABD'nin Ohio Eyaleti Cleveland Kenti'ndeki Case Western Reserve Üniversitesi araştırmacılarından P. Hunter Peckham ve ekibi, ön kol ve el üzerindeki değişik kaslara yerleştirilmiş sekiz elektrot aracılığıyla, elleri ve ayakları felçli (quadriplegic) hastalara, elle kavrama yetisi kazandırmayı başardılar.

Piyasaya sürülen düzenekle hastalar, çaprazdaki omuzlarını, öne arkaya oynatarak ellerini kontrol edebiliyorlar. Omuz hareketi, bedene yerleştirilmiş algılayıcılarla, köprücük kemiğinin hemen altına yerleştirilmiş bir işlemciye iletiliyor ve o da elektrik sinyalleri üreten bir başka aygıtı harekete geçirerek, uyarıları kaslardaki elektrotlara iletiyor.

Peckham ve arkadaşları şimdi daha çok elektrot içeren bir düzenekle ellere ve ön kollara daha etkin bir motor kontrol yeteneği kazandırmaya çalışıyorlar. Aynı ekip, asıl hedefleri olan sinirsel protezler yoluyla felçli hastaları ayağa kaldırma, hatta yürütme yolunda da büyük ilerleme kaydettiğini bildiriyor.

Çok daha iddialı bir hedef, omurilik kesiklerinin yarı-canlı çipler aracılığıyla köprülenmesi. Amerikan Kimya Derneği'nin, mart ayı içinde, California'nın Anaheim Kasabası'nda yaptıkları toplantıda bazı araştırma grupları, temel önemdeki bir teknoloji geliştirmek üzere olduklarını açıkladılar.

Yapılan şu: Transistör ya da başka bazı mikroelektronik aygıtlar üzerinde basit bir sinir hücreleri (nöron) ağı oluşturuluyor. Elektronik aygıtlar da hem üzerlerindeki canlı hücrelerle ilinti kuruyor hem de bunların kendi aralarındaki haberleşmeyi dinleyebiliyorlar. Bu ağlar şimdilik yalnızca dikdörtgen ya da başka biçimli bir devre modelinde birleştirilmiş birkaç hücreden ibaret.

Bu durumlarıyla henüz bir cep kalkülatörünün basit işlemlerini bile yapabilmekten çok uzaktalar. Ama bu halleriyle bile araştırmacıların hayal güçlerini ateşlemişler. Daha şimdiden "melez" bilgisayarlardan, protezlerden ve duyu aygıtlarından sözediliyor.

George Washington Üniversitesi kimyacılarından James Hickman, "aslında araç-gereç yapmayı tasarlayabileceğimiz noktaya hayli yaklaştık" diyor.

Sinir uzmanları, iğnemsi elektrotlar kullanarak tek tek nöronların ne zaman, ne biçimde ve hangi etkiyle ateşlendiklerini on yıllar süren gözlemlerden sonra az çok anlayabilmişlerdi. Ancak bunların oluşturduğu ağları izlemekte çok daha daha az başarılıydılar. Gerçi daha karmaşık izleme teknikleri, örneğin elektrot dizeleri geliştirildi.

Ancak Almanya'nın Martinsried Kasabası'ndaki Max Planck Biyokimya Enstitüsü araştırmacılarından Peter Fromherz, "alınan verilerin ne anlama geldiğini çıkarmak güç" diyor. Aynı araştırmacıya göre komşu nöronlar arasındaki bağlantı ağları öylesine karmaşık ki, hangi hücrenin hangi sinyale yanıt verdiğini anlamak neredeyse olanaksız. Oysa temelden başlayarak bu ağları, nöronları teker teker birbirinin üzerine koyarak kurmak ve bunlarla mikroelektronik aracılığıyla ilişki kurmak, bu karmaşadan kurtulabilmek için bir yol olabilir.

1991 yılında Fromherz ve ekibi, bir sülük nöronunu, kendisinin faaliyetini izleyen bir silikon temelli "alan etki transistörü" (field effect transistor = FET) üzerine yerleştirmeyi başarmışlar. 1995 yılındaysa aynı ekip, elektrik yükü sağlayan bir kondansatörün, üzerine yerleştirilmiş bir nöronun ateşlenmesini sağlayacak küçük bir elektrik şoku yaratabileceğini kanıtladı.

Şimdiyse araştırmacılar, daha karmaşık sistemlere yönelmiş bulunuyorlar. Yaptıkları, bir cam ya da silikon yüzey üzerine ince şeritler gibi serilmiş bir hücre dostu madde üzerinde basit devre örüntüleri biçiminde hücre grupları geliştirmek.

İlk deneylerde, aralarında Hickman'ın ekibinin de bulunduğu bazı araştırma grupları, hücreleri, mikroelektronik dinleme cihazları bulunmayan cam yüzeyler üzerinde örüntülemeyi başardı. Toplantıda Hickman, ekibinin, bilgisayar çipleri yapımında kullanılan türünden basit litografi teknikleri kullanarak bir "nöron devresi" gerçekleştirdiğini açıkladı. Ekip bu tekniği uygulayarak önce kimyasal bir çerçeve oluşturmuş, daha sonra da farelerin beyninden alınan hippokampus nöronlarını bu çerçeve üzerine dörtgen bir devre oluşturacak biçimde yerleştirmiş.

Araştırmacılar işe önce cam bir yüzeyi, bir molekül kalınlığında bir tabaka halinde DETA adlı nöron-dostu organik bir maddeyle kaplamışlar. Daha sonra bu yüzey üzerine, ince telden metal bir maskeden geçirerek morötesi ışık düşürmüşler. Maskeyi geçip yüzeye vurduğu yerlerde ışık, DETA'yı kazıyıp hidroksil gruplarından oluşan artıklar bırakmış. Maskeyle korunan yerlerde ise DETA sağlam kalmış.

Araştırmacılar bunun ardından hidroksil artıklara, nörönları iten, teflon benzeri bir madde eklemişler. Böylece, dörtgen biçiminde bir DETA çerçeve oluşturmuşlar. Daha sonra camın üstüne içinde nöronların geliştirildiği bir kültür maddesi döktüklerinde bir çift hücrenin DETA'ya taşındığını, bunun ardından çerçeve boyunca akson denen ipliksi bağlar uzattıklarını ve sonunda birbirleriyle bağlandıklarını gözlemlemişler.

Hickman'ın ekibi nöronların birbirleriyle sinaptik iletişim içinde bulunduklarını da göstermiş. Araştırmacılar önce bir iğne elektrotla hücrelerden birini uyararak ateşlenmesini sağlamışlar. Hemen ardından da algılayıcıyla komşu hücrenin de ateşlendiğini belirlemişler. Hickman, "bu demektir ki, artık basit yapılar kurup, hücrelerin bağlanışını denetleyebileceğiz" diyor. Araştırmacıya göre bundan sonraki adım, bu sinirsel devreleri gerçek mikroelektrik araçlar üzerinde kurmak.

Başka araştırmacılar, daha şimdiden bu kapıyı zorlar görünüyorlar ve nöron ağları oluşturmak için mikrokontakt baskı denen bir teknik kullanıyorlar. Harvard Üniversitesi'nde George Whitesides ve ekibince geliştirilen bu teknik, bir silikon "bisküvi" ya da başka bir katı materyal üzerine geleneksel litografi (taş baskı) yöntemiyle mikroskopik şekiller çizilmesi temeline dayanıyor.

Üzerine istenen örüntü çizilen bisküvi, bir tür lastik mühür için kalıp olarak kullanılıyor. Araştırma ekipleri, bu mühürlerin üzerine "mürekkep" olarak hücre dostu bileşikler sürerek, çeşitli yüzeylere basmışlar; böylelikle, hücrelerin gelişmesini yönlendiren çerçeveler elde etmişler.

Ancak araştrırmacılar, canlı devrelerin tedavide kullanılmasının bugünden yarına gerçekleşecek bir şey olmadığını vurguluyorlar. Önemli sorunlardan biri, kendi başlarına kültürlenen nöronların ancak bir ay yaşayabilmesi. Ancak Hickham, Virginia Üniversitesi araştırmacılarının, glial adlı destek hücreleriyle birlikte kütürlenmeleri halinde nöronların bir yıl dayandıklarını belirtiyor.

Hickman, "biz şimdi elektronikçilerin ilk transistörlerle 50 yıl önce bulundukları yerdeyiz" diyor "Ama o zaman da kimse bir kişisel bilgisayar yapabilmeyi hayal bile edemezdi" diyor.