Nanotıpta Daha Etkili ve Güvenli Tedaviler

Nanotıpta Yapı, Etkinlik ve Güvenliği Belirliyor

Northwestern Üniversitesi ve Mass General Brigham bilim insanları, nanotıp ilaçlarının atomik düzeyde hassas tasarlanması gerektiğini savunuyor. Geleneksel küçük molekül ilaçlarda kullanılan yapısal kontrolün, mRNA aşıları gibi nanotıp ürünlerinde de uygulanması, kanser, enfeksiyöz ve nörodejeneratif hastalıklar için daha etkili ve güvenli tedaviler sunabilir. Yapısal nanotıp, birden fazla terapötik bileşenin kontrollü düzenlenmesiyle yeni bir tedavi çağını başlatıyor. Nature Reviews Bioengineering’de yayımlanan makale, AI destekli tasarımın bu alandaki potansiyelini vurguluyor.

Yapısal Nanotıp: Yeni Bir Terapötik Çağ

Geleneksel olarak, ilaçların büyük çoğunluğu küçük moleküller olarak atomik düzeyde titizlikle tasarlanmıştır. Bir ilacın moleküler yapısındaki her atomun konumu, etkinliği ve güvenliği açısından kritik önem taşır. Örneğin, ibuprofen’in bir molekülü ağrı kesici olarak etkiliyken, ayna görüntüsü tamamen inaktiftir. Northwestern Üniversitesi ve Mass General Brigham’den bilim insanları, bu yapısal hassasiyetin, nanotıp ilaçlarında da uygulanması gerektiğini savunuyor. Bu yaklaşım, kanser, enfeksiyöz hastalıklar, nörodejeneratif hastalıklar ve otoimmün bozukluklar gibi ciddi hastalıklar için yeni nesil güçlü tedaviler geliştirebilir.

Northwestern’den Prof. Chad A. Mirkin, “Küçük molekül çağında, bir yapının içindeki her atomun ve bağın yerini kontrol etmek kritik önemdeydi. Bir unsur yanlış yerdeyse, ilaç tamamen etkisiz olabiliyordu. Şimdi bu sıkı kontrolü nanotıbba taşımalıyız. Yapısal nanotıp, tedavi geliştirmede büyük bir değişimi temsil ediyor. Terapötiklerin ayrıntılarına ve tıbbi bileşenlerin daha büyük bir yapıda nasıl sergilendiğine odaklanarak, daha etkili, hedefe yönelik ve nihayetinde hastalar için daha faydalı müdahaleler tasarlayabiliriz,” diyor.

Mirkin, nanotıp alanında öncü bir isim olup, Weinberg Sanat ve Bilim Koleji, McCormick Mühendislik Okulu ve Feinberg Tıp Okulu’nda Kimya, Kimya ve Biyoloji Mühendisliği, Biyomedikal Mühendislik, Malzeme Bilimi ve Mühendislik ile Tıp Profesörüdür. Ayrıca, Uluslararası Nanoteknoloji Enstitüsü (IIN)’nün kurucu direktörüdür. Makaleyi, Northwestern’den Prof. Milan Mrksich ve Mass General Brigham Gen ve Hücre Terapi Enstitüsü’nde yapısal nanotıp başkanı Doç. Dr. Natalie Artzi ile birlikte kaleme aldı.

“Blender Yaklaşımı”nın Sorunları

Geleneksel aşı tasarımında, araştırmacılar genellikle temel bileşenleri karıştırmaya dayalı bir yöntem kullanır. Örneğin, tipik kanser immünoterapileri, tümör hücrelerinden bir molekül (antijen) ile bağışıklık sistemini uyaran bir molekül (adjuvan) içerir. Doktorlar, bu antijen ve adjuvanı bir kokteyl halinde karıştırır ve hastaya enjekte eder. Mirkin, bu yöntemi “blender yaklaşımı” olarak adlandırıyor; bileşenler tamamen yapılandırılmamış bir şekilde bir araya getirilir.

Buna karşılık, yapısal nanotıp, antijen ve adjuvanları nanometre ölçeğinde düzenleyebilir. Aynı tıbbi bileşenler, yapılandırıldığında, yapılandırılmamış versiyonlara kıyasla daha yüksek etkinlik ve daha az yan etki gösterir. Ancak, küçük molekül ilaçların aksine, mevcut nanotıp ürünleri moleküler düzeyde hala kesin değildir. Mirkin, “Aynı partideki hiçbir iki ilaç aynı değil. Nanoscale aşılar, farklı lipid sayıları, lipid sunumları, RNA miktarları ve parçacık boyutlarına sahip. Nanotıp formülasyonlarında sonsuz sayıda değişken var. Bu tutarsızlık, belirsizliğe yol açıyor. En etkili ve güvenli yapıyı, çok sayıda olasılık arasından bilmenin bir yolu yok,” diyor.

Moleküler Hassasiyete Geçiş

Bu sorunu çözmek için Mirkin, Mrksich ve Artzi, daha kesin yapısal nanotıp yaklaşımına geçişi savunuyor. Bu yöntemde, nanotıp ilaçları, birden fazla terapötik bileşenin kontrollü bir uzamsal düzenlemede hassas bir şekilde tasarlandığı kimyasal olarak iyi tanımlanmış çekirdek yapılardan inşa edilir. Atomik düzeyde tasarım kontrolü, birden fazla işlevin tek bir ilaca entegre edilmesi, optimize edilmiş hedef angajmanı ve belirli hücrelerde tetiklenen ilaç salımı gibi benzersiz yetenekler sunar.

Makalede, öncü yapısal nanotıp örnekleri olarak küresel nükleik asitler (SNA’lar), kemoflarlar ve megamoleküller öne çıkarılıyor. Mirkin tarafından icat edilen SNA’lar, hücrelere kolayca giren ve hedeflere bağlanan küresel DNA formlarıdır. Aynı diziye sahip lineer DNA’dan daha etkili olan SNA’lar, gen regülasyonu, gen düzenleme, ilaç dağıtımı ve aşı geliştirmede büyük potansiyel göstermiştir; hatta bazı klinik durumlarda ölümcül deri kanserlerini tedavi etmiştir.

Mirkin, “SNA tabanlı bir aşı veya terapötiğin genel yapısal sunumunun – yalnızca aktif kimyasal bileşenlerin değil – gücünü dramatik bir şekilde etkilediğini kanıtladık. Bu bulgu, birçok farklı kanser türü için tedavilere yol açabilir. Bazı durumlarda, başka hiçbir bilinen terapiyle tedavi edilemeyen hastaları iyileştirmek için bunu kullandık,” diyor.

Artzi ve Mirkin tarafından geliştirilen kemoflarlar, kanser hücrelerindeki hastalıkla ilgili ipuçlarına yanıt olarak kemoterapötik ilaçlar salan akıllı nanoyapılardır. Mrksich tarafından icat edilen megamoleküller ise antikorları taklit eden hassas bir şekilde birleştirilmiş protein yapılarıdır. Bu yapısal nanotıp türleri, birden fazla terapötik ajan veya teşhis aracı taşıyacak şekilde tasarlanabilir.

Artzi, “Hastalık-spesifik doku ve hücresel ipuçlarını kullanarak, yeni nesil nanotıp ilaçları son derece yerel ve zamanında ilaç salımı elde edebilir – bu, tedavilerin vücutta nasıl ve nerede çalıştığını dönüştürür. Bu hassasiyet, özellikle kombinasyon tedavileri için kritik; birden fazla ajanın koordine edilmiş teslimi, sistemik toksisiteyi ve hedef dışı etkileri en aza indirirken terapötik etkinliği çarpıcı bir şekilde artırabilir. Bu tür akıllı, duyarlı sistemler, geleneksel ilaç dağıtımının sınırlamalarını aşmada önemli bir adımı temsil ediyor,” diyor.

AI ile Tasarım Optimizasyonu

İleriye dönük olarak, araştırmacıların ölçeklenebilirlik, tekrarlanabilirlik, dağıtım ve birden fazla terapötik ajanın entegrasyonu gibi mevcut zorlukları ele alması gerekiyor. Yazarlar, makine öğrenimi ve yapay zeka (AI) gibi yeni teknolojilerin, tasarım ve dağıtım parametrelerini optimize etmede giderek daha önemli bir rol oynayacağını vurguluyor.

Mirkin, “Yapıya baktığımızda, nanotıp ilaçlarının bileşenlerini düzenlemek için bazen on binlerce olasılık var. AI ile, keşfedilmemiş devasa yapı setlerini laboratuvarda sentezlenip test edilecek bir avuç yapıya daraltabiliriz. Yapıyı kontrol ederek, yan etki olasılığı en düşük olan en güçlü ilaçları yaratabiliriz. Nükleik asitler gibi tıbbi bileşenleri yeniden yapılandırarak, standart DNA ve RNA ile gördüğümüzden çok öte özelliklere sahip varlıklar oluşturabiliriz. Bu sadece başlangıç ve neler olacağını görmek için heyecanlıyız. Northwestern’ın liderliğinde, yapısal tıbbın tamamen yeni bir çağını başlatmaya hazırız,” diyor.

Makale, Ulusal Kanser Enstitüsü (R01CA257926 ve R01CA275430), Ulusal Diyabet, Sindirim ve Böbrek Hastalıkları Enstitüsü (U54DK137516), Bachrach Aile Vakfı aracılığıyla Edgar H. Bachrach, CZ Biohub, Savunma Tehdit Azaltma Ajansı (HDTRA1-21-1-0038) ve Lefkofsky Aile Vakfı tarafından desteklendi.

Yayın Tarihi ve Kaynak: Makale, 25 Nisan 2025 tarihinde Nature Reviews Bioengineering dergisinde yayınlandı.
Referans: Chad A. Mirkin, Milan Mrksich, Natalie Artzi, “The emerging era of structural nanomedicine,” Nature Reviews Bioengineering, 2025; DOI: 10.1038/s44222-025-00306-5.