Nanorobotik Nedir? Nanorobotlar, Gelecekte Tıp Alanında Nasıl Kullanılacak?

1959 yılında, teorik mikro makineler alanında çalışmalara yapan ünlü fizikçi Richard Feynman, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nün (CalTech) düzenlediği Amerikan Fizik Topluluğu konferansında “Aşağıda Çok Yer Var” başlıklı konuşmasında ilk defa nano boyuttan bahsetmiştir ve Feynman’in sözleri, nanoteknolojinin başlangıcı için ilk adımlar olarak kabul edilmiştir.

Bilim insanlarının bu konuşmadan sonra nano parçacıklara ilgisi artmış ve mikro ve nano ölçekte sentetik makineler, motorlar ve robotlar üzerine çalışmalara başlanmıştır.^[7] 2016 yılındaki Nobel Kimya Ödülü, bu alanda ilk moleküler makinelerin bazılarını tasarlayan ve inşa eden üç öncü olan J.-P. Sauvage, J.F. Stoddard ve B.L. Feringa'yı onurlandırmıştır.^[3]

Science News

Nanorobotik Nedir?

Temelinde, nanorobotik, nanometre ölçeğine göre 10^-9 metre ve bu değere yakın araç ve gereçler oluşturma teknolojisidir. Bu teknoloji üzerine esas olarak nanoteknoloji mühendisleri ve birçok mühendislik çalışır. Nanorobotiğin asıl amacı; tek bir hücreden ya da bir mikro-işlemciden çok daha küçük bir sistemde bilgi algılama, işleme, işlenen bilgiyi bir tür harekete dönüştürme ve muhtemel bir şekilde iletişimi dahil etmektir.^[1] Ayrıca, bir başka tanıma göre nano ölçekte hassasiyetle hareket edebilen makro ölçekli robotlar veya mikro robotlar da nanorobotlar olarak kabul edilir.^[4]

Nanoteknoloji üzerinde çalışılabilen alanı yaratan ve yaklaşık olarak 1 ile 100 nanometre (nm) arasında olan nanometre ölçeği, Birleşik Devletler hükümetinin nanoteknoloji araştırmasının ve geliştirmesinin ilerletilmesi için teşvik etme girişimi olan Ulusal Nanoteknoloji Girişimi (NNI) tarafından "nano ölçekte yürütülen bilim, araştırma ve teknoloji" olarak tanımlanmıştır.^[6]

Nanorobotik ve Tıp

Teknolojinin gelişimi ile birlikte bilim de gelişip yeni yöntemler ve sistemler arayışına girmektedir. Vücutta kan dolaşımı ile hareket eden mikro ve nanopartiküller kullanılan tıp alanının yeni uygulamalar geliştirilmesinde nanorobotik de görev alır.

Günümüze kadar incelediğimiz zaman, nanoteknolojinin tıp alanında kullanımları mevcuttur. Nanoteknolojinin tıp alanındaki rolü, küçük parçacıklar sayesinde taşıma yapmak ve hücrelerin içerisine yerleştirmek için kullanılır. Nanoteknoloji sayesinde kanser hastalığının tespit edilmesinde gelişmiş görüntüleme tekniklerinin geliştirilmesi, ilaç tedavilerinin daha doğru hedeflenmesi, antineoplastik tedavilerin yan etkilerinin azaltılması başarılmıştır. Bunların yanı sıra tarım, elektronik, enerji gibi farklı alanlarda gelişmelere de katkıda bulunmaktadır.^[6]

Nanoteknolojinin ilke ve tekniklerinin biyoloji ve tıp alanında kullanımı olan nanobiyoteknolojinin parçası olan nanotıp, nanoteknolojinin bir alt dalıdır. Nanorobotik ise nanobiyoteknolojinin cihaz geliştirme alanlarından bir parçasıdır.^[6]

Nanorobotik sisteminin, kullanılan tıbbi uygulamalardan en önemli ayırt edici farklılığı ise hareket ettirerek, açarak veya bir şeyler okuyarak etkileşime girmenin bir yolunun bulunmasıdır. Nanorobotik sistemlerin, tıbbi açıdan kabaca amaçları; tanı konmasında, ameliyatlarda ve tedaviler de kullanılmasıdır.^[1]

Vücutta aşılması zor olan ve ulaşılması mümkün olmayan engelli bölgelere, pasif nanopartiküller erişemez ve bu noktada teknolojinin yeni ürünü olan nanorobotik sistemlerin başarması amaçlanmıştır. Nanorobotlar sayesinde mevcut tedavi yöntemlerinin işlevini arttırmaya hatta yeni tedavi yöntemleri geliştirilmeye başlanmıştır. Nanorobotik parçacıklar; ışık, manyetik alanlar veya akustik alanlar ile kontrol edilebilir. Nanorobotlar, dört farklı şekilde uygulanabileceği öngörülüyor: %60 enjeksiyon, %30 oral, %5 kateter ve %5 topikal uygulama.^[5]

Nanorobotlar, doku restorasyonu uygulanmasında pasif difüzyon yöntemi sayesinde kullanılır. Hasarlı bölgelere, kök hücreler hem taşınabilir hem de taşınan bölgelere teslim etmek mümkündür. Ayrıca, sadece hücrelerin ya da yüklerin taşınmasının yanı sıra taşınan parçacığın mümkün olduğunca uzun süre bölgede tutabilir. Birçok aracın boyutundan dolayı kullanılamadığı minimal cerrahi işlemlerde, nanorobotik kullanılarak aşağıdaki tıbbi prosedürler gerçekleştirilebilir:^[6]

• İnsan hücrelerine girebilecek kadar küçük boyutlu olan nanorobotlar, kanser ve nörodejenarasyon gibi hastalıkların tespit edilmesinde rol oynar. Ayrıca, hassas ilaçları gerekli bölgeye iletebilir ve kusurlu organları onarmada görev alır. Gerekli olan yükü doğrudan serbest bırakarak kanserli hücreleri tedavi edebilir. Bunların yanı sıra kanser görüntüleme araçlarının duyarlılığını arttırmada, ileri düzeydeki metastaz tedavisinde, ilaç direncinin ortadan kalkmasında görev alır. Hastalıklı dokulara erişimi sayesinde biyopsi analizinde ve terapötik işlemlerde de kullanılarak birçok tedavi fırsatı yarattı.
• İlaçları, daha yüksek bir hassasiyet ve hızda ulaştırma potansiyeline sahip olan nanorobotlar, aktif bir dağıtım kullanarak hızlı ve etkili bir şekilde yara iyileşmesinde de rol oynar. Ayrıca, nöroşirürji alanı içinde olan omurilik yaralanmalarını ve sinir hasarlarını morbidite ve mortaliteyi önlemenlerini göz önünde bulundurarak görev alır.
• Nanorobotlar, vasküler sistem yolu ile tedaviler ve yöntemler geliştirilmesinde fayda sağlar ve intravasküler tedaviler için kullanılır. Ayrıca, diyabet gibi kronik hastalıkların taranması, izlenmesi ve yönetilmesi yeteneğini arttırır.
• Son olarak nanorobotlar, diş sağlığı alanında da görev alır. Rutin diş temizliği, beyazlatma, aşırı duyarlılık içeren tedavilerde ve ortodonti alanında kullanılır.

Science Mag

Sonuç

Henüz nanorobotlar pratik olarak yaygın bir uygulama alanı bulamamış olsalar da, biyoloji ve mühendislik arasındaki yeni bir teknoloji alanı olan moleküler ve hücre düzeyinde manipülasyona izin veren nanorobotlar üzerinde çalışmalar ve gelişmeler sürmektedir. Biyoloji ile mühendislik alanlarının nanosistem tasarımdaki ortak çalışması olan nanobotlar, hassas etkileşim özelliğine sahip olmasına rağmen birçok zorluk ve sorun bulunmaktadır. Fakat teknolojinin gelişimi ile beraber problemli olan kısımların çözüleceğine inanılmaktadır. Ayrıca, biyomedikal alanındaki kullanımı sayesinde geleneksel tıbbi yöntemler yerini nanobotlara bırakılacağı düşünülmektedir.