Herkese merhabalar.
Bugün yanımda bir bebek bezi getirdim.
Sebebini birazdan anlayacaksınız.
Bebek bezlerinin ilginç özellikleri var.
Su eklendiğinde inanılmaz derecede şişebilirler, ki bu da
milyonlarca bebek tarafından her gün yapılan bir deney.
(Gülüşmeler)
Fakat bunun sebebi
çok akıllıca tasarlanmış olmaları.
Şişebilir malzeme denen bir şeyden yapılmışlar.
Su eklediğiniz zaman şişerek hacmini
belki de bin katına kadar arttırabilen
özel bir madde.
Bu da çok güçlü endüstriyel türden bir polimer.
Fakat bizim, MIT'deki grubumla yapmaya çalıştığımız,
buna benzer bir şeyi insan beynine yapıp yapamayacağımızı bulmak.
Beynin içine bakabileceğimiz,
beynin yapıtaşları olan biyomolekülleri ve
üç boyutta nasıl düzenlendiklerini görebilecek,
beynin yapısını, hatta temel gerçekliğini
görebileceğimiz kadar büyütebilir miyiz?
Eğer bunu başarabilirsek
beynin düşünce, duygu, eylem ve his üretmek üzere
nasıl düzenlendiğini belki de daha iyi anlayabiliriz.
Belki de, neyin gerçekten sebep olduğunu ve
kökenini bilmediğimiz,
Alzheimer, epilepsi, Parkinson gibi
çok az tedavi ve çok daha az
kalıcı çareleri olan hastalıklara
sebep olan değişimleri tespit edebiliriz.
MIT'deki grubumuz,
nörobilimin son yüzyılda sahip olduğundan
daha farklı bir bakış açısı geliştirmeye çalışıyor.
Bizler tasarımcıyız. Mucidiz.
Beyni incelememizi ve onarmamızı sağlayacak
yeni teknolojiler üretmeye çalışıyoruz.
Bunun sebebi de
beynin inanılmaz derecede karmaşık olması.
Nörobilimin ilk yüzyılı boyunca beynin,
son derece özelleşmiş ve karmaşık geometriye sahip,
üzerinden akım geçen nöron adı verilen hücrelerden oluşmuş
karmaşık bir ağ olduğunu öğrendik.
Yani nöronlar bu ağ içinde bağlantılılar.
Nöronların birbirleriyle konuşmasını
kimyasallar yardımıyla sağlayan
"sinaps"larla birbirlerine bağlılar.
Şimdi, beynin yoğunluğu inanılmaz.
Beyninizin bir milimetrekübünde
bu nöronlardan yaklaşık 100.000 tane
ve belki de milyarlarca bu bağlantılardan var.
Ama durum daha da vahim.
Diyelim ki bir nörona çok yakından bakabiliyoruz
ve tabii ki burada görünen sanatsal bir temsil.
Göreceğiniz şey, karmaşık 3 boyutlu yapılara sahip nano boyutlarda
binlerce biyomolekül olurdu.
Bunlar o elektrik sinyallerini ve kimyasal alışverişleri
kontrol ederek nöronların birlikte çalışmasını,
dolayısıyla düşünce, duygu ve benzeri şeyleri üretmelerini sağlıyorlar.
Şimdi, nöronların beynin içinde nasıl düzenlenip
ağlar oluşturduklarını
ve nöronların içindeki biyomoleküllerin
bu karmaşık, düzenli makineleri
nasıl oluşturduklarını bilmiyoruz.
Bu durumu anlamak için de
yeni teknolojilere ihtiyacımız var.
Eğer nöronlar ve moleküllerin
ve nöronlar ve ağların yapısına bakabilsek,
eğer bakabilmemizi sağlayan haritalarımız olsa,
belki de beynin, duyumsal bölgelerden bilgiyi alıp,
duygu ve hislerle karıştırıp kararlarımızı ve
eylemlerimizi nasıl oluşturduğunu anlayabiliriz.
Belki de beyindeki bir hastalığa sebep olan
değişikleri tam olarak tespit edebiliriz.
Bu moleküllerin ne şekilde değiştiklerini bildiğimizde
– sayıları mı artmış, düzenleri mi değişmiş –
bu değişimleri yeni ilaçlar için hedef olarak
ya da bunları beyin hastalıklarına sebep olan
beyinsel işlemleri onarmak için beyne
enerji sağlamanın yeni yollarını bulmak için kullanabiliriz.
Son yüzyıl boyunca bu durumu ele alan
bir sürü farklı teknoloji gördük.
Sanırım hepiniz MRI makineleriyle alınmış
beyin görüntüleri görmüşsünüzdür.
Bunların en önemli özelliği müdahalesiz olmaları,
yani canlı insanlar üzerinde kullanılabiliyorlar.
Ama aynı zamanda, uzamsal anlamda ilkeller.
Bu küçük damlacıkların -yani voksellerin- içinde
milyonlarca ve milyonlarca nöron olabiliyor.
Yani bizim bilinçli ve güçlü yaratıklar oluşumuza
katkı sağlayan moleküllerdeki
ya da nöronların bağlantılarındaki
değişimleri gösterebilecek çözünürlüğe sahip değiller.
Öbür taraftan, mikroskoplar var.
Mikroskoplar ışığı kullanarak küçük şeyleri görmemizi sağlıyorlar.
Yüzyıllarca bakterilere bakmak için kullanıldılar.
Nörobilim bakımından da
mikroskoplar, 130 yıl kadar önce nöronların
ilk keşfini sağlayan araçlar.
Ama ışık temelde kısıtlayıcıdır.
Sıradan bir mikroskopla molekülleri teker teker göremezsiniz.
O küçük bağlantıları göremezsiniz.
O hâlde beyne bakma yetimizi güçlendirmek,
beynin gerçek ve temel yapısını görmek istiyorsak,
elimizdekilerden daha gelişmiş teknolojilere ihtiyacımız olacak.
Birkaç yıl önce düşünmeye başladık:
Neden tam tersini yapmıyoruz ki?
Madem beyne yakından bakmak bu kadar zor,
niye onu büyütmeyelim ki?
Çalışmaya iki yüksek lisans öğrencisiyle başladık:
Fei Chen ve Paul Tillberg.
Şimdi başka insanlar da yardımcı oluyorlar.
Bebek bezindeki gibi polimerleri alıp fiziksel olarak
beynin içine yerleştirmeye çalışmaya karar verdik.
Eğer düzgün yapabilirsek,
su eklediğimizde
beyni bir ihtimal şişirip
içindeki bu biyomolekülleri ayırt edebiliriz.
Bu bağlantıları görerek beyni haritalayabiliriz.
Bu tabii oldukça etkileyici olabilir.
Burada küçük bir deney hazırladık.
Bir miktar saf bebek bezi malzememiz var.
İnternetten almak, bebek bezindeki minicik
taneleri ayıklamaktan çok daha kolay.
Bu saflaştırılmış polimerden sadece bir
tatlı kaşığı kadar ekleyeceğim.
Burada da bir miktar suyumuz var.
Şimdi de bu kadar bebek bezi malzemesinin
boyutunun ne kadar artacağını göreceğiz.
Gözlerinizin önünde boyutunun
yaklaşık bin katına çıktığını göreceksiniz.
Çok daha fazla ekleyebilirim ama
sanırım elimizdeki bu minik molekülün
çok ilginç ve doğru kullanabilirsek
beyne geçmiş yöntemlerle
bakamadığımız kadar yakından bakma
olanağı sağlayacağını anlamışsınızdır.
Tamam. Şimdi biraz kimya.
Bebek bezi polimerinin içinde neler oluyor?
Yakından bakarsak
ekrandakine benzer bir şeyler olacaktır.
Polimerler uzun ince zincirler hâlinde dizilmiş atomlardır.
Zincirler çok çok ince,
yaklaşık bir biyomolekül genişliğinde
ve bu polimerler son derece yoğun.
Birbirlerinden yaklaşık bir biyomolekül
genişliğinde mesafelerle ayrılmışlar.
Bu da bizim için çok iyi,
çünkü beyindeki her şeyi birbirinden uzaklaştırabiliriz.
Su eklediğimizde ise,
şişebilir malzeme suyu emecek,
polimer zincirleri birbirlerinden uzaklaşacak
ve bütün malzeme daha büyük hâle gelecek.
Bu zincirler de çok küçük olduklarından ve
aralarında biyomoleküler mesafeler olduğundan dolayı
beyni şişirip görebileceğimiz kadar
büyütmemizi sağlayabilirler.
O zaman sıkıntımız şu:
Bu polimer molekülleri beynin içine nasıl koyabiliriz ki
bütün biyomolekülleri ayırabilelim?
Eğer bunu yapabilirsek
belki de beynin temel yapısını haritalayabiliriz.
Kablolamayı görebiliriz.
İçeri bir göz atıp içerideki molekülleri görebiliriz.
Biyomoleküllerin nasıl görünebileceklerini
ve bizim onların nasıl ayırabileceğimizi açıklayabilmek için
temsili birkaç animasyon hazırladık.
Birinci adım:
Öncelikle yapmamız gereken şey,
burada kahverengiyle belirtilmiş her biyomoleküle
küçük bir kulp, bir çapa eklemek.
Beyindeki molekülleri birbirinden uzaklaştırmamız gerekiyor,
bunun için de küçük bir kulpa sahip olmalıyız ki
polimerler onlara bağlanıp molekülleri çekebilsin.
Hâliyle, bebek bezi polimerini alıp da beynin üzerine boca edersek
beynin üstünde kalır.
Dolayısıyla bu polimerleri beynin içinde elde etmeliyiz.
İşte bu konuda şansımız var.
Zira monomer dediğimiz
bu küçük yapıtaşlarını elde edip
beynin içinde reaksiyona sokarsak,
bu uzun zincirleri beyin dokusunun
içinde elde edebiliyoruz.
Tam da beyin dokusunun içinde.
Biyomoleküllerin arasından ve etrafından dolanarak
karmaşık ağlarını örecekler
ve en sonunda, molekülleri
birbirlerinden uzaklaştırmanızı sağlayabilirler.
Ve her bahsettiğim kulplardan birine rastladıklarında
onlara tutunacaklar,
ki bu da molekülleri çekmek için tam da ihtiyacımız olan şey.
O hâlde kritik an.
Bu numuneyi, onu gevşetecek
bir kimyasala maruz bırakmalıyız
ki su eklediğimizde
şişebilir malzeme şişsin,
polimer zincirleri bu sefer
biyomolekülleri de peşlerinden sürükleyerek açılsınlar.
Ve tıpkı balonun üstüne bir resim çizmişiz de
onu şişiriyormuşuz gibi,
resim hâlâ aynı resim
ama mürekkep tanecikleri birbirlerinden uzaklaşmış hâlde;
ki demin üç boyutta yaptığımız da tam olarak bu.
Son bir şey var.
Burada gösterildiği üzere
bütün biyomoleküller kahverengi.
Çünkü birbirlerine çok benziyorlar.
Biyomoleküller aynı atomlardan oluşurlar,
sadece düzenleri farklıdır.
Onları görünür hâle getirmek için
son bir şeye ihtiyacımız var.
Onları ayırt edebilmek için parlak renklerde
etiketler gerekli.
Yani bir biyomolekül türü mavi renkle işaretlenir.
Bir diğeri kırmızı olur
ve böyle gider.
Bu da son adım.
Sonuç olarak beyin gibi bir şeye ve
teker teker moleküllere bakabiliyoruz,
çünkü onları birbirlerinden ayırt edebilecek kadar
uzaklaştırmış olduk.
Burada umudumuz görünemeyeni görünür kılmak.
Küçük ve karanlık gibi görünen şeyleri alıp,
hayatla ilgili bilgi takımyıldızları
gibi görünene kadar şişirebiliriz.
İşte gerçekte nasıl olabileceğine dair bir video.
Buradaki petri kabında küçük bir beynimiz var --
yani bir beynin küçük bir parçası.
Polimeri içine yerleştirdik,
şimdi de suyu ekliyoruz.
Gözlerinizin önünde
-- video yaklaşık altmış kat hızlandırılmış --
bu küçük beyin dokusunun şişip büyüdüğünü göreceksiniz.
Hacmini yüz katına kadar hatta daha fazla büyütebilir.
İşin havalı kısmı da şu ki bu polimerler o kadar küçük ki,
biyomolekülleri birbirlerinden eşit oranda ayırmış oluyoruz.
Düzenli bir büyüme gözlemliyoruz.
Yapıdaki düzenle ilgili bir bilgi kaybımız olmuyor.
Sadece kolay görünür hâle getiriyoruz.
İşin sonunda gerçek bir beyin yapısını alıp
-- örneğin hafızayla ilgili bir beyin parçası --
ona yakından bakabiliriz.
Bu devrelerin yapısını inceleme şansını elde edebiliriz.
Belki bir gün bir anıyı okuyabiliriz.
Belki de bu devrelerin duyguları nasıl işlediğine bakıp
bizi biz yapmak üzere
beynin nasıl bir ağ oluşturduğuna bakabiliriz.
Ve elbette, umuyoruz ki, beyindeki hastalıkların
sebeplerini moleküler düzeyde belirleyebiliriz.
Örneğin ya hücrelerin içine bakıp, vay,
epilepsi sorunu yaşayan, parkinson geçiren
ya da başka bir şekilde hasar görmüş
bu beyin dokusundaki
değişmiş 17 molekül işte bunlar, diyebilseydik?
Hasar görmüş bu yapıların sistemli bir listesini oluşturabilirsek,
tedaviler için hedeflerimizi elde ederiz.
Onlara bağlanacak ilaçlar üretebiliriz.
Dünya çapında milyonlarca insanı etkileyen
Parkinson, epilepsi ya da başka hastalıkların tedavisi için
beynin farklı bölgelerine enerji gönderebiliriz.
Şimdilerde ilginç bir durum ortaya çıktı.
Biyotıp dünyasında numuneleri büyütmenin yardımcı olabileceği
başka problemlerin de olduğu ortaya çıktı.
Burada gördüğünüz bir gerçek bir insanın göğüs kanseri biyopsisi.
Kansere bakarsak,
bağışıklık sistemine bakarsak,
yaşlanmaya ve gelişime bakarsak --
bütün bu süreçler büyük ölçekli biyolojik sistemler içeriyorlar.
Fakat tabii ki, sorunlar o küçük nano-ölçekli
hücre ve organların işlemesini sağlayan o küçük makinelerle başlıyor.
Yani aslında başarmaya çalıştığımız şey,
bu teknolojiyi hayatın yapıtaşlarını haritalamak için
çeşitli hastalıklar çerçevesinde kullanabilmek.
Bir tümördeki moleküler değişimleri belirledikten sonra
onların peşinden daha zekice yöntemlerle gidip
tam olarak istediğimiz hücreleri öldürecek ilaçlar kullanabilir miyiz?
Pek çok ilaç, çok yüksek risk arz ediyor.
Hatta işler bazen tamamen tahmin işi.
Umudum bir ay yolculuğu kadar yüksek riskli ve belirsiz bir işi
daha güven veren bir işe çevirebilmek.
Eğer gerçekten aya indikleri ilk
ay yolculuğunu düşünürseniz,
o yolculuk sağlam bilimsel temellere sahipti.
Yer çekimini anlıyorduk,
aerodinamiği anlıyorduk.
Nasıl roket yapılır biliyorduk.
Bilimsel riskler kontrol altındaydı.
Yine de mühendislik anlamında inanılmaz bir atılımdı.
Ama tıpta her zaman bütün yasalar elimizde olmuyor.
Yer çekimine ve aerodinamiğe dair
bütün yasalara sahip miyiz?
Bana kalırsa teknolojiyle
- bugün konuştuğum gibi teknolojilerle -
onları türetebiliriz.
Yaşayan sistemlerdeki kalıpları haritalayabilir,
bizi uğraştıran hastalıkların üstesinden gelebiliriz.
Eşimle iki küçük çocuğumuz var
ve bir biyomühendis olarak bir umudum hayatı onlar için
bizimkinden daha güzel bir hâle getirmek.
Bir diğer umudum ise tıbbı ve biyolojiyi
talihle yönetilen ve yüksek riskli maceralar olmaktan çıkarıp
beceri ve çok çalışma sonucu başarılı olduğumuz alanlara çevirebilmek.
Bu hepimiz için büyük bir ilerleme olur.
Çok teşekkürler.
(Alkış)