Rice Üniversitesi’ndeki biyomühendisler, kanser araştırmaları için dikkate değer bir atılımla, bilim insanlarının tümör gelişimi ve metastazı çalışma şeklini yeniden şekillendirebilecek çığır açıcı bir araç ortaya çıkardı. Doğanın en büyüleyici bitkilerinden biri olan lotus bitkisinden ilham alınarak yeni geliştirilen Süperhidrofobik Dizi Cihazı (SHArD), kanser hücresi kümelerinin kültürlenmesine ilişkin devrim niteliğinde bir yaklaşım sunuyor. Lotus yapraklarının eşsiz su itici özelliklerini taklit etmek için tasarlanan bu çinko oksit bazlı yüzey, üç boyutlu nano ölçekli tümör modelleri oluşturmak için daha doğru ve uyarlanabilir bir platform sağlayarak kanser araştırmalarını hızlandırmayı vaat ediyor. Lotus yaprağı hem bilimde hem de sanatta süperhidrofobik özellikleriyle ünlüdür. Yani suyu doğal olarak iter, damlacıkların yüzeyinden yuvarlanmasına neden olarak kir ve kalıntıları da beraberinde götürür. Bu kendi kendini temizleme etkisi yıllardır bilim insanlarının ilgisini çekmiş ve malzeme biliminden çevre mühendisliğine kadar çeşitli alanlarda yeniliklere yol açmıştır. Şimdi bu olgu, kanserle mücadelede yeni bir uygulama alanı buldu. Rice Üniversitesi’nde önde gelen bir biyomühendis olan Michael King, özel ekibiyle birlikte lotus yaprağının yapısında, karmaşık kanser davranışlarını incelemek için gereken koşulları taklit etme potansiyeli gördü. Geliştirdikleri SHArD sistemi, lotus yaprağının mikro ve nano ölçekli topografyasını yeniden oluşturmak üzere tasarlanmış çinko oksit bazlı bir yüzey kullanarak kanser hücrelerini üç boyutlu olarak kültüre etmek için ideal bir ortam oluşturuyor. Geleneksel kanser çalışma yöntemleri, genellikle iki boyutlu hücre kültürlerini içerir ve bu da insan vücudunda var olan tümörlerin karmaşıklığını yakalamakta başarısız olur. Bu düz kültürler, kanser hücrelerinin nasıl büyüdüğü, etkileşime girdiği ve yayıldığı hakkında yalnızca sınırlı bilgi sağlayabilir. Ancak SHArD sistemi bu araştırmayı üçüncü boyuta taşıyarak canlı bir organizmanın içindeki koşulları yansıtan daha gerçekçi bir model sunuyor. Bu ilerleme, kanser hücrelerinin birincil tümörden kopup vücudun diğer bölgelerine seyahat ettiği süreç olan metastazı incelemek için özellikle çok önemlidir. Metastaz, kansere bağlı ölümlerin büyük çoğunluğundan sorumludur, ancak doğru modellerin eksikliği nedeniyle hastalığın incelenmesi en zor yönlerinden biri olmaya devam etmektedir. SHArD sisteminin gerçekçi tümör modelleri oluşturma yeteneği, araştırmacılara bu ölümcül süreci anlamaları için yeni bir araç sunuyor. Metastaz çalışmalarındaki en önemli engellerden biri, kan dolaşımında var olan tümör hücrelerinin (CTC’ler) azlığıdır. Bu hücreler genellikle az sayıda ve birbirinden uzaktır, bu da kapsamlı çalışmalar için yeterli veri toplamayı zorlaştırır.
Tek başına hareket eden CTC’ler (tümör hücreleri) özellikle kayma stresi veya bağışıklık saldırıları tarafından yok edilmeye karşı savunmasızdır, bu da onları izole etmeyi daha da zorlaştırır. Ancak SHArD sistemi oyunu değiştiriyor. SHArD, kanserli olmayan kan hücrelerini iterken CTC’lerin yapışmasını destekleyen bir yüzey sağlayarak bu nadir kümelerin izole edilmesine ve incelenmesine olanak tanır. Bu özelliğin, kanserin nasıl yayıldığı ve neden bazı hücrelerin diğerlerine göre metastaz yapma olasılığının daha yüksek olduğu konusunda yeni bilgiler sağlaması bekleniyor. King’in laboratuvarında araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı olan Alexandria Carter, bu buluşun önemini vurguluyor. “Ayrıntılı çalışma için yeterli sayıda kanser hücresi kümesini izole etmek her zaman zor olmuştur” diye açıklıyor. “SHArD ile artık bu kümeleri daha önce imkansız olan bir şekilde keşfedebilir, metastazı anlamak ve potansiyel olarak durdurmak için yeni yollar açabiliriz.” ifadelerini kullandı. SHArD’a giden yolculuk, King laboratuvarında, tümör hücrelerinin yapışmasını destekleyen bir dokuya sahip, doğal olarak oluşan bir kil minerali olan halloysite ile ilgili daha önceki çalışmalarla başladı. Bu erken başarı, daha da büyük faydalar sağlayabilecek diğer materyalleri keşfetmek için zemin hazırladı. Doktora sonrası araştırmacı Kalana Jayawardana 2018 yılında laboratuvara katıldığında, lotus yaprağının benzersiz özelliklerinden esinlenerek ‘çinko oksit nanorod yüzeyleri’ üzerinde deneyler yapmaya başladı. Proje geliştikçe, doktora öğrencisi Maria Lopez-Cavestany dizginleri ele aldı ve son derece etkili SHArD sistemini oluşturmak için çinko oksit yüzeylere ince ayar yaptı. Sonuç, sadece lotus yaprağının süperhidrofobik özelliklerini taklit etmekle kalmayan, aynı zamanda dünya çapındaki kanser araştırmacıları için güçlü yeni bir araç sağlayan bir cihaz. SHArD sisteminin etkileri Rice Üniversitesi’nin laboratuvarının çok ötesine uzanıyor. SHArD, kanseri incelemek için fizyolojik olarak daha uygun bir model sunarak yeni tedavilerin geliştirilmesini hızlandırabilir ve metastazın nasıl önleneceğine dair anlayışımızı geliştirebilir. Araştırmacılar artık kanseri insan vücudundaki davranışını yansıtacak şekilde inceleme imkanına sahipler ve bu da potansiyel olarak sayısız hayat kurtarabilecek atılımlara yol açabilir. SHArD sistemi gelişmeye devam ettikçe, biyomühendislik camiası hiç şüphesiz Rice Üniversitesi’nin inovasyonuna, doğanın tasarımları bilimsel ilerlemeye ilham verdiğinde nelerin mümkün olabileceğinin bir işareti olarak bakacaktır. Bir zamanlar sadece saflığın ve direncin sembolü olan lotus yaprağı, şimdi insanlığın en zorlu düşmanlarından biri olan kansere karşı mücadelede beklenmedik bir kahraman haline geldi. Süperhidrofobik Dizi Cihazı (SHArD) kanser araştırmalarında yeni bir sınırı temsil ediyor. Rice Üniversitesi’ndeki bilim insanları lotus yaprağının benzersiz özelliklerinden yararlanarak kanserin ilerlemesi ve metastazına ilişkin anlayışımızı dönüştürebilecek güçlü bir araç ürettiler. Araştırmacılar bu yenilikçi sistemin potansiyelini keşfetmeye devam ettikçe, kanser tedavisi ve önlenmesinde önemli ilerlemelerin eşiğinde olabiliriz.