İstanbul'daki üç üniversiteden bilim insanları, cilt kanserinin en agresif türlerinden biri olan melanomun tedavisine yönelik kemoterapi ile fototermal tedaviyi aynı platformda birleştiren 3 boyutlu biyoyazıcıyla mikroiğne temelli yama sistemi geliştirdi.

Yıldız Teknik Üniversitesi (YTÜ), Marmara Üniversitesi ve İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa (İÜC) ortaklığında 2022'de kurulan Sağlık Biyoteknolojisi Mükemmeliyet Ortak Uygulama ve Araştırma Merkezi (SABİOTEK) bünyesinde yürütülen çalışmalarda, ilaçların doğrudan hedef bölgeye ulaştırılmasını amaçlayan yeni nesil bir mikroiğne platformu üzerinde çalışma başlatıldı.

TÜBİTAK ve Türkiye Sağlık Enstitüleri Başkanlığının (TÜSEB) desteklediği projeler kapsamında, YTÜ Biyomühendislik Bölümü Öğretim Üyesi ve SABİOTEK Direktörü Prof. Dr. Cem Bülent Üstündağ'ın liderliğinde, Marmara Üniversitesi ve İÜC'den araştırmacıların katılımıyla melanom tedavisine yönelik mikroiğne temelli yama sistemi geliştirildi.

"3D-Printed Microneedle Patch for the Treatment of Melanoma via Synergistic Chemotherapy and Photothermal Therapy" başlıklı çalışma kapsamında, 3 boyutlu biyoyazıcı teknolojisinden yararlanılarak hidrojel tabanlı mikroiğneler üretildi.

Kemoterapi ile fototermal tedaviyi aynı platformda bir araya getiren sistemde, mikroiğneler aracılığıyla kemoterapötik ajanın doğrudan hedef bölgeye ulaştırılması ve kontrollü biçimde salınması amaçlanıyor. Fototermal bileşen ise ışık enerjisini ısıya dönüştürerek tümör bölgesinde lokal sıcaklık artışı oluşturuyor.

Bu iki mekanizmanın birlikte kullanılmasıyla tedavinin lokal etkinliğinin artırılması ve kemoterapötik ilacın vücudun diğer bölgelerine yayılmasına bağlı sistemik yan etkilerin azaltılması hedefleniyor.

Geliştirilen mikroiğne yama sisteminin kanser hücreleri üzerindeki laboratuvar çalışmaları tamamlanırken, araştırmanın sonraki aşamalarında klinik öncesi çalışmaların yürütülmesi planlanıyor.

Prof. Dr. Cem Bülent Üstündağ, AA muhabirine yaptığı açıklamada, mikroiğne teknolojisine yönelik çalışmalarının temelinin 2021'de desteklenen TÜBİTAK projesine dayandığını söyledi.

Projenin ilk aşamalarında Türkiye'de sığır derisinden üretilen jelatinleri, uluslararası ölçekte yaygın kullanılan ticari bir ürünle karşılaştırdıklarını belirten Üstündağ, yerli jelatinlerin benzer özellikler gösterdiğini tespit ettiklerini ifade etti.

Üstündağ, elde edilen sonuçların ardından yerli kaynaklardan temin edilen jelatinleri mikroiğne temelli ilaç salım sistemlerinin geliştirilmesinde kullandıklarını vurgulayarak, çalışmaların farklı uygulamalarla ilerlediğini ve daha sonra TÜBİTAK ile TÜSEB tarafından desteklenen projelerle melanom tedavisine yönelik platformun geliştirildiğini anlattı.

TÜSEB destekli projede melanom için iki farklı tedavi mekanizmasını bir araya getirdiklerini kaydeden Üstündağ, "Kemoterapi ve fototermal tedavinin birlikte kullanılmasına olanak sağlayan, sinerjik etki oluşturmasını hedeflediğimiz mikroiğne temelli bir yama geliştirdik." dedi.

Geliştirdikleri mikroiğne sisteminin iki farklı işlevsel bölgeden oluştuğunu dile getiren Üstündağ, fototermal etki oluşturmak amacıyla "grafen kuantum noktaları"ndan yararlandıklarını belirtti.

Yaklaşık 5-10 nanometre boyutlarındaki bu noktaların ışıkla uyarıldığında ısı üretebildiğini aktaran Üstündağ, bu yapıları mikroiğne sisteminin taban bölümüne, kemoterapötik ajan olarak kullanılan 5-florourasili (5-FU) ise mikroiğnelerin uç bölümüne yerleştirdiklerini ifade etti.

Mikroiğnelerin sodyum aljinat ve jelatin temelli biyomalzemelerden üretildiğini anlatan Üstündağ, şöyle devam etti:

"Amacımız, mikroiğnelerin cilde nüfuz etmesinin ardından sistemi dışarıdan ışıkla uyararak hedef bölgede kontrollü bir sıcaklık artışı oluşturmak. Yaklaşık 42 dereceye ulaşan lokal sıcaklık artışı, kanser hücrelerinde hücresel süreçleri bozarak programlı hücre ölümü mekanizmalarını tetikleyebiliyor. Aynı zamanda oluşan ısı, mikroiğnelere yüklenen kemoterapötik ajanın kontrollü salımına katkı sağlıyor. Böylece fototermal etki ile kemoterapötik etkiyi aynı sistem içerisinde bir araya getiren çift etkili bir yaklaşım ortaya koyuyoruz."

Bu yöntemle kemoterapötik ajanın doğrudan hedef bölgeye verilmesinin amaçlandığını vurgulayan Üstündağ, sistemik dolaşıma geçen ilaç miktarının azaltılmasının, kemoterapiye bağlı yan etkilerin sınırlandırılması açısından potansiyel avantaj sağlayabileceğini kaydetti.

Üstündağ, proje çıktılarının uluslararası platformlarda da sergilendiğini belirterek, geliştirilen "3D-Printed Microneedle Patch for Melanoma" teknolojisinin uluslararası bir yarışmada altın madalya ile Dünya Fikri Mülkiyet Buluşçular Birliği (WIIPA) Özel Ödülü'ne layık görüldüğünü söyledi.

Çalışmalar kapsamında iki ayrı patent başvurusunda bulunduklarını, bunlardan birinin mikroiğne temelli sisteme, diğerinin ise mikroiğnelerin mekanik performansını değerlendirmek amacıyla geliştirdikleri test platformuna ilişkin olduğunu ifade eden Üstündağ, "Mikroiğnenin deriye ne ölçüde penetre edebildiğini, uygulama sırasında oluşan kuvvetleri ve mikroiğnelerin hedeflenen deri katmanlarına ulaşıp ulaşamadığını değerlendiren bir test sistemi geliştirdik." diye konuştu.

Sıradaki aşama preklinik çalışmalar

Prof. Dr. Üstündağ, geliştirilen sistemin hücre kültürü üzerindeki deneylerinin tamamlandığını, klinik kullanıma ulaşabilmesi için ise daha kapsamlı preklinik (klinik öncesi) ve klinik araştırmalara ihtiyaç bulunduğunu vurguladı.

Üstündağ, "Bundan sonraki aşamada hayvan deneylerini içeren preklinik çalışmaların tamamlanması gerekiyor. Başarılı sonuçların elde edilmesi halinde klinik araştırma aşamalarına geçilebilecek. Ancak preklinik ve klinik çalışmalar uzun süreli ve yüksek bütçeli araştırma süreçleri gerektiriyor." dedi.

TÜSEB'in belirli teknoloji hazırlık seviyelerine ulaşan sağlık teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik desteklerinin önemli olduğunu belirten Üstündağ, akademik araştırmaların ürüne dönüşebilmesi için kamu desteğinin yanı sıra sanayi işbirliğinin de güçlendirilmesi gerektiğini söyledi.

Üniversitelerde sağlık teknolojileri alanında önemli projeler yürütüldüğüne dikkati çeken Üstündağ, "Sanayicilerimizin de yalnızca bizim projemize değil, üniversitelerde geliştirilen yenilikçi sağlık teknolojilerine daha fazla destek vermesini bekliyoruz. Bilimsel çalışmaların laboratuvardan ürüne dönüşebilmesi için güçlü bir üniversite-sanayi işbirliğine ihtiyaç var." ifadelerini kullandı.

Savunma sanayisinde oluşturulan teknoloji geliştirme ekosisteminin sağlık alanında da güçlendirilmesi gerektiğini dile getiren Üstündağ, sağlık teknolojilerinde dışa bağımlılığın azaltılmasının hem stratejik hem de ekonomik açıdan önem taşıdığını kaydetti.

Çalışmada yerli ham madde kullanıldı

Üstündağ, mikroiğnelerin üretiminde kullanılan temel biyomalzemelerden jelatinin Türkiye'de faaliyet gösteren bir üreticiden temin edildiğini belirterek, yerli ürünün uluslararası bir tedarikçinin referans ürünüyle karşılaştırıldığını ve benzer sonuçlar elde edildiğini söyledi.

Bu sonuçların ardından çalışmalarını yerli jelatin kullanarak sürdürdüklerine işaret eden Üstündağ, geliştirilen yaklaşımın gelecekte cerrahi tedaviyi tamamlayıcı lokal bir yöntem olarak değerlendirilme potansiyeli taşıdığını belirtti.

Üstündağ, "Yaklaşımımızın uzun vadeli hedeflerinden biri, tümörün cerrahi olarak çıkarılmasının ardından bölgede kalabilecek kanser hücrelerine karşı lokal ve tamamlayıcı bir tedavi seçeneği geliştirmek. Fototermal etki ile kemoterapötik etkinin birlikte kullanılması sayesinde kalan tümör hücrelerinin ortadan kaldırılmasına yönelik sinerjik bir strateji oluşturmayı amaçlıyoruz. Bunun klinik karşılığının ortaya konulabilmesi için ise preklinik ve klinik çalışmaların tamamlanması gerekiyor." değerlendirmesinde bulundu.