SÜPERALYUVARLAR VE NANOTEKNOLOJİ

“Şirin, küçük ve sevimli bir kız çocuğu olduğu kadar oldukça üretkendi de. Öyle ki bir an önlem almadığınız zaman bulunduğu odayı dolduracak kadar çoğaltabiliyordu kendini. Kötü olan şeyse gözlerinin asla kopyalanamamasıydı. Siz iyi veya kötü bir çocuk olsanız da Şirin’leri görebilirdiniz; ama Şirin’ler sizi asla göremezlerdi.”

T. Uyar

Geleceğin sisli ufuklarına bakınca, diğerleri arasından sıyrılarak öne çıkacağı ve insanlığa büyük bir sıçrama yaptırabileceğine inanılan bir kaç saha var. Nanoteknoloji de bunlardan birisi. Bir ölçü birimi olarak nanometreden türeyen –kendisi bir metrenin bir milyarda biridir- nanoteknoloji kelimesi, bizlere çok küçük aletler yapmayı vaat etmenin yanı sıra aynı zamanda maddeleri atomlar düzeyinde kontrol edebilerek hiç ummadığımız tarzda bir insan yaşamını tetiklemeyi ifade ediyor. Sırf bu özelliği dolayısıyla nanoteknolojiyi insanoğlunun gerçekleştirebileceği en son ve en uç devrim olarak nitelendirenler bile var.

Kirlilik, küresel ısınma, enerji, imalat teknolojileri vb. pek çok alanda devrimsel çözümler üretmeye muktedir olan nanoteknolojik ilginin hatırı sayılır bir kısmı tıp sahasında, biyoteknolojik gelişmelerin epey minik formları olarak karşımıza çıkıyor. Bu alanda nanoteknolojinin imkân vereceği ya da geliştireceği uygulamalar temel olarak

i) hastalıkları daha hızlı ve kesin olarak teşhis etmek,

ii) ilaçları / tedavi edici molekülleri doğrudan hedeflenen organ ve hücreye gönderilebilmek,

iii) hastalığa neden olan biyolojik etkenleri karmaşık bir manipülasyon ile ortadan kaldırmak veya

iv) iletişim imkanı veren nano cihazlar sayesinde hastayı sürekli olarak muayene etmek ve izlemek

olarak sıralanıyor.

Bunlar bildiğimiz tıbbî uygulamaların son derece gelişmiş halleri; bir de nanoteknolojinin “biyolojik olarak yapılacaklar” listesinde insan performansını geliştirmek de var. Yani insanın kendi limitlerini aşmasını sağlamak…

Kulağa bilimkurgu gibi geliyor olabilir. Öyledir de; Ottawa Üniversitesi’nden Jose Lopez, nanoteknolojiyi aşırı gelecek yönelimli olarak tanımlayarak onu geleceğe ilişkin olanla mümkün olan arasındaki uçurumu derinleştirmekle suçlar ve bu yüzden de bilimkurguyla içiçe olduğunu söyler. Nitekim bu yazımı değerlendiren Açık Bilim yazarlarından birisi yazımın “fütürist” bir yazı olduğunu anladığını ifade etmesinin yanı sıra bazı noktalarda uçuklukla suçladı. Adını pek sık duymamıza rağmen nanoteknolojinin icat ufku şimdilik pek gerçekçi gözükmüyor. Ancak pek çok nanoteknolojik tasarı, ulaşılabilirlik açısından bir ışık hızını geçmek ve ya da zaman yolculuğu yapmak gibi değil…

Öte yandan tıpkı zaman yolculuğunun olası kazaları gibi nanoteknolojinin de kasıtlı veya bilerek neden olacağı felaketler ya da sosyal değişimler mevcuttur. Özellikle de bu yazıda konu alacağımız cinsten, insan limitlerini aşmaya yarayan gelişmeler. Düşünün ki siz yüzlerce kitabı geleneksel yollarla okurken parayı bastıranlar bir kütüphanelik bilgiyi beyinlerine sinaptik paketler göndermek suretiyle yükletebilecekler… Siz isyan etmez miydiniz? Ben ederdim. Zira bana göre bilginin bu kadar kolay elde edilmesi onun değerini düşürür. Fakat tümörü kimyasal olarak hedefleme yoluyla bulan ve bertaraf eden metalik ‘nanokabuk’lar sayesinde kanseri “sivilcemi sıkar mısın?” düzeyine inmiş bir problem olarak görebilme şansını da reddedemem. Şüphesiz bu türümüz için sevindirici bir ilerleme olurdu.

Bir ciddiye alma sorunsalı: Nanoteknolojinin makro çılgınları… 

Aslında nanoteknolojinin getirilerinin yanında olası götürülerini düşünenler de azınlıkta değil. Richard Feynman’ın fikir babası olduğu nanoteknoloji kavramının onu büyütüp hayata hazırlayan bir annesi varsa o da K. Eric Drexler’dır, çünkü nanoteknoloji terimini birbirinden habersiz icat eden iki kişiden birisi olup, bu konuyla ilgili ilk doktora tezinin yazarıdır. 1986 yılında kaleme aldığı “Yaratımın Makineleri: Nanoteknoloji” adlı kitabıyla bugüne dek hiç bitmeyecek olan tartışmaların fitilini de ateşlemiştir. Drexler az sonra bahsini edeceğimiz Robert A. Freitas’ın nanobiyoteknoloji hakkında düşündüğünün çok daha fazlasını nano-imalat teknolojileri için düşünmüştür. Bir yandan nanoteknoloji sayesinde yapılabilecek olan müthiş şeyleri ve değişen ekonomik/sosyal düzeni tasvir eden Drexler, bir Grey Goo tehlikesine de dikkat çekmiştir: Grey Goo, Drexler’ın yarattığı bir nanoteknolojik felaket  senaryosudur. Grey Goo tehlikesinin başrolünde  kendinisinin tıpkısının aynısını atmosferde yer alan hammaddeleri kullanarak üretebilen bir nanofabrika vardır. Bu bakteri benzeri fabrika kontrolden çıkar ve 2’nin kuvvetleri şeklinde artan sayısı (dolayısıyla da kütlesi) nedeniyle teorik olarak iki günden kısa bir süre içerisinde gezegenimizden daha ağır hale gelir. Elbette bu hepimizin ölümü demektir.

Drexler, ilginç bir şekilde nanoteknolojinin annesi olmasına karşın bu sahada çalışanlarca, Richard Smalley’in değerlendirmesiyle ‘çocukları korkutan’ fikirlerinin aşırı uçuk ve kurgusal bulunması yüzünden dışlanmıştır. Kendisinin Nobel Kimya ödüllü Richard Smalley ile meşhur “Büyük Çekişmeler” kitabına konu olabilecek bir çekişmesi de vardır (hatta ayrı bir yazı konusudur). Bazı kimyacılar onu 1986 yılında yazdığı kitaptan sonra “şarlatan” olarak yorumlamıştır. Zira o tarihte yazdığı kitap, haklı bir “moleküler düzeydeki işler öyle makro düzeydekiler gibi değil canım!” eleştirisi almıştır. Makro ölçekteki her şeyin nanoölçekte de uygulanabileceğini öne süren Drexler’ın atomik dünyadaki karmaşık ve tuhaf mekanizmayı gerçekten de dikkate almadığını kabul edebiliriz. Bunu zaten kendisi de kabul ediyor ve “Bu uçak yapmak isteyen birine yerçekimini düşünmediğini söylemek gibidir. Zaten sorunun temel parçalarından birisi budur” diyor. Mark Stevenson’a göre Drexler’ın kimyacılarla yaşadıkları mühendislerle bilim insanlarının temel çatışmasından başka bir şey değildir. Drexler’ın kendisinin aleyhinde olan bilim camiasının nezdinde ayaklarının biraz daha yere değdiğini söylersek yanlış olmaz. 2006 yılında ABD Ulusal Bilim Akademisi, Ulusal Mühendislik Akademisi ve Ulusal Araştırma Konseyi, moleküler düzeydeki üretim süreçleri ile ilgili araştırmalara teşvik verilmesi gerektiği yönünde rapor sunarken, IBM de nano inşaat şirketi için -elbette vadesi çok uzun olmak üzere- planları ciddiye almaya başladı. Drexler’ın yapıtlarını doğrudan okuyan kişi olmadığım için ne onu yerebilir, ne de övebilirim. Yapabileceğim tek şey hayalgücüne ona sahip olanın dışlanması yoluyla ket vurulmasına karşı çıktığımı ifade etmek. (Yayınlarını bizzat okuduktan sonra tekrar bir yazı yazacağıma da böylece söz vermiş olayım.)

Ama Robert A. Freitas öyle değil. Yani en azından Drexler gibi algılanmıyor.

Asıl anlatmak istediğim Respirositleri tasarlayan Freitas’tır. Freitas, yapay alyuvarlar olarak tanımlayabileceğimiz Respirositlerin (Respirocytes), yapay fagositler olan ve antibiyotiklerden çok daha hızlı ve kesin olarak enfeksiyonu “döven” Mikropçulların (Microbivores), bozuk gen parçacıklarını yenileriyle ustaca değiştiren Kromalositlerin (Chromallocytes) fikir babası ve tasarımcısıdır. Tasarımcısıdır; çünkü bu üç silahşörler hala birer –belki gelecekte imâli mümkün görünen- mühendislik projeleridir.

O bir süper alyuvar!

Freitas’ın 1998 tarihli “A Mechanical Artificial Red Blood Cell: Exploratory Design in Medical Nanotechnology” makalesinde tarif ettiği respirositler, kabaca yapay kan hücreleri olarak tanımlanabilir ve alyuvarların gerçekleştirdiği Oksijen ve Karbondioksit taşıma görevlerini yapabilecek şekilde tasarlanmışlardır. Bir kaç paragraf boyunca bu teorik makineden bahsedeceğimden kullandığım kip nedeniyle zaman zaman “zaten yapılmış” gibi bir algıya neden olabilirim. Unutmamanızı tavsiye ederim ki respirositler kavramsal olarak projesi çizilmiş “gelecek” alyuvarlarıdırlar. Şimdi hep beraber bu makineye yakından bakalım.

Freitas tarafından öngörülen yapının çapı sadece bir mikrometredir. Toplamda 18 milyar adet atomun bir gaz tankı şeklinde düzenlenmesiyle organize edilen yapı, alyuvardan 236 kat daha verimlidir. Aslında yapay alyuvarlar deyince günümüzde kullanılan bir takım yöntemlerle karışabileceğine de dikkat çekmek gerek. Günümüzde koroner perfüzyon hastalarının tedavisinde hiçbir yan etkisi olmadan oksijen taşıyabilen florokarbon çözeltileri kullanılabilmektedir. 20 yıldan fazladır uygulanan bu yöntem sadece tedavi amaçlı olup süper alyuvar respirosit gibi “damarımda kanımsın” diyebileceğimiz türden değildir. Respirositler bir ilaç değil, sürekli olarak taşıyabileceğimiz birer nanotankerdirler.

Her ne kadar nanotanker diye anıyorsak da respirositler statik birer tanker değil; aslında bir makinedirler. Bir respirosit, üzerinde işlev bakımından üç çeşit rotor (bir şaft ya da kam etrafında döner parçaya sahip motor) barındırır. Bu rotorlardan ilki respirosit akciğere geldiğinde bünyesine oksijen çekmesini ve kan dolaşımı sırasında ise salmasını sağlar. İkinci rotor ise kan dolaşımı içerisinde karbondioksit toplama işlemini gerçekleştirir ve akciğerlere geldiğinde de tamamını dışarıya tahliye etmeye yarar. Üçüncü rotor ise tankın kendi motorudur: Kandaki serbest glukozu yakıt olarak kullanarak diğer rotorların ihtiyaç duyduğu enerjiyi sağlar. Her bir respirositin bünyesindeki gaz sensörleri, tankın içerisindeki oksijen ve karbondioksit miktarlarını izleme ve ayarlamaya yarar.

Bu gaz sensörleri respirositin merkezindeki bir bilgisayara bağlıdır ve bu bilgisayar dışarıdan akustik sinyallerle ya da bir takım başka nanomakine ve sensörlerle programlanabilir ve kalibre edilebilir. Freitas, respirositin tüm bu işlemleri yapabilmesi için bilgisayarı mutlaka kendi bünyesinde bulundurması gerektiğini ve 10⁴ bit/s’lik bir bilgisayarın bir respirositi çalıştırmaya yeteceğini söylüyor. Ancak bu boyutlarda olup çalışabilen bir bilgisayarın mümkünatı konusunda soru işaretleri de mevcut.

Geleneksel yarı iletken teknolojileriyle elde edilebilecek nanoölçekte bir bilgisayar için çeşitli limitler bulunuyor ama buna rağmen bu alanda çarpışan şirketler hedeflerini giderek “küçültüyorlar”. 2006 yılında Koreli bir grup FinFET adında sadece 3 nanometrelik bir transistör geliştirerek Dünya’nın en küçük nanoelektronik cihazının mucidi oldular. Yine 2010 yılında Avustralyalı bir grup da sadece 7 atomdan oluşan 4 nm boyutunda tek işlevli bir işlemci geliştirmeyi başardıklarını duyurdular. Intel şirketi günümüz bilgisayarlarında kullandığımız işlemcilerin her bir düğümünü 5 nanometreye hedefini 2022 yılına dek gerçekleştirmeyi planlıyor Bir Silikon-Silikon bağının 235,2 pikometre olması temel sınırı teşkil ediyor. Ancak tabi ki bu “bildiğimiz yollar”… Bilmediklerimizi henüz bilmiyoruz.

Respirositlerin sırrı bünyesindeki karbondadır. Bünyesine bu kadar gaz sığdırmasının kerameti, elmastan farksız özellikler sergileyen dizilimin 1000 atmosfer basıncı kaldırabilmesi ve bu sayede içinde 9 milyar adet oksijen ve karbondioksit molekülü taşıyabilmesindedir. Aslında elmasımsı diye anıyor olsak da yapının münferit parçaları elmastan farksızdır. Bir bütün olarak yapı 10 nm kalınlığında -yaklaşık 60 karbona tekabül ediyor- 2.2 x 2.2 mikronluk elmas “sac”larla inşa edilmiştir. Bu saclar yine karbondan inşa edilmiş, balpeteği formundaki iskelet çevresinde kullanılır. Bu sayede yapı oldukça mukavimdir ve küçük bir hacimde muazzam miktarda gaz molekülü taşıyabilir. Öyle ki respirositleri %50 derişimde içeren 5 cm3’lük bir sıvı, 5400 cm3’lük kanın gaz kapasitesine sahiptir. Yan etkisi olmayacağı düşünülmektedir ve hatta ömür çevrimini tamamlar: Respirositler elmasımsı yapıları ve küçüklükleri sayesinde kullanım ömürleri içerisinde makrofajlar ve dalak hücreleri tarafından fark edilmezler; ancak çalışmaları durduğunda üç boyutlu yapıları bozulduğu için algılanır ve yok edilirler.

(Yukarıdaki rotorların küresel formda olan respirosit üzerinde nasıl dizildiğini görmek için şuraya, respirositin ekvatoral kesitini görmek için şuraya, kutupsal kesitini görmek içinse buraya tıklayın.)

Artıları (+) / Eksileri (-)

Nanoteknolojik imalat kabiliyetlerimiz arttığı zaman inşa edilmesi mümkün görünen bu mikro gaz tankerlerinin yaratacağı tıbbî ilerlemeden kimsenin kuşkusu yok. Her şeyden önce kansızlık, akciğer yetmezliği, kalp yetmezliği gibi pek çok hastalık respirositler sayesinde tarihten silinebilirler, organ nakilleri ve uzun ameliyatlarda karşılaşılan kanlanma ve oksijenlenme sorunları çok büyük ölçüde giderilebilir. Yani bir şekilde lokal ya da genel oksijen yetmezliğine bağlanabilecek tüm rahatsızlıkları respirositler bir çırpıda ortadan kaldırabilir.

Transhümanistlerin seveceği kısma gelirsek: Respirositler sayesinde bir insan 4 saat boyunca su altında durabilir hale gelecek. Öte yandan var gücümüzle attığımız deparı 15 dakika boyunca kesintisiz sürdürebiliyor hale geleceğiz ve oksijen azaldıkça kaslarda biriken laktik asit nedeniyle hissettiğimiz yorgunluk bizler için tatlı bir nostalji haline gelmiş olacak. Sıklıkla verilen daha çarpıcı bir örnekse, kalp krizi geçiren bir kişinin kalbi tekrar çalışana dek bir saat daha hayatta kalabilmesidir. Kan dolaşımı dursa dahi respirositler mevcut pozisyonlarında yaptıkları oksijen salınımları ile duran dolaşımın olumsuz etkilerini bir saat boyunca hissettirmeyecektir. Bu süre de kişilerin bir sağlık kuruluşuna yetiştirilerek kalplerinin yeniden çalıştırılması için ihtiyaç duyulacak süreyi fazlasıyla sağlar.

Elbette her “makine” gibi respirositin de bir takım problemleri olacaktır. Yazarın kendisi bunları aşırı ısınma, yanıcı olmayan patlama ve radyasyondan kaynaklanan hasarlar olmak üzere üç grupta toplamış ve bu olası problemler için de bir takım çözüm önerileri de getirmiş; ancak beklenmedik kazaların her zaman olabileceğini de unutmamak gerekir (O yüzden 2 yıl garanti istemeyi unutmamak ve faturasını da asla kaybetmemek gerekir…).

Sonuç

Gelecek buradan çok tatlı görünüyor… Hımmmm…

Ama bunlar şimdilik davulun uzaktan gelen hoş sesleri… İmalat hatası yüzünden bir anda patlayan respirositlerin insanların ani ölümlerine me şekilde sebebiyet vereceğini, tüm respirositlerdeki gazı serbest bırakacak akustik bir sinyal yaratabilecek terör örgütlerini, binlerce kişinin katıldığı maraton koşularıyla olimpiyatların önemini tamamen yitirmesine neden olacağı ve bunun yanında –hala kalırsa- futbol maçlarındaki olağanüstü performansların “respirosit şikesi” olarak adlandırılıp adlandırılmayacağı gibi çeşitli spekülasyonlar daha ilk düşünüşte aklıma gelenler. Belki kullanımı yasaklanan bir ‘illet’ haline gelir ve kıymetlenerek karaborsaya bile düşer. Dahası, pratikte olabilecekler hakkında henüz öngöremediğimiz pek çok şey olabilir. Kesin olarak öngörebildiğimiz tek şey ise, eğer ki ücretsiz olup her insanın sahip olabileceği bir imkan olmazsa zengin ve yoksul kesim arasındaki farkın artık sadece rakamlarla değil, “su altında nefeslerini ne kadar tutabildikleri” ile de ölçmeye başlamamız olur.

Respirositlerin mühendislik açısından bir sıkıntısı gözükmediğini, ancak gerçekleştirilebilmesi için teknolojinin başka sahalarında ilerleme ve yeniliklere ihtiyacımız olduğunu, ama tüm ilerlemeler kaydedildiğinde bu sayede Homo Superior’u oluşturma yolunda bir adım daha ilerleyebileceğimizi söyleyebilirim.

Ama Homo Superior’u yaratırken adaleti es geçersek pek öyle süper müper bir insan yaratmış da olmayacağız…

İlk Yayın:

Açık Bilim, Nisan 2014 – “Nanoteknoloji ve Süperalyuvarlar” – T. Uyar

Kaynaklar:

• Robert A. Freitas Jr., ” A Mechanical Artificial Red Cell: Exploratory Design in Medical Nanotechnology”, Foresight Institute, http://www.foresight.org/Nanomedicine/Respirocytes.html
• Selvarajan Sandhiya, Steven Aibor Dkhar, A. Surendiran, “Emerging trends of nanomedicine – an overview”, Fundamental & Clinical Pharmacology 23 (2009), p263–269
• Mark Stevenson, Geleceğe Yolculuk, Butik Yayıncılık (2011), İstanbul.
• Wikipedia, “K. Erick Drexler” ve “5 nanometer” maddeleri

Meraklısına:

* Bir zamanlar oldukça popüler olan sanal yaşam oyunu Second Life sunucusu oyun içerisinde kendini sürekli kopyalayabilen cisimler yaratılmak suretiyle çökmüştür. Sanal bir Grey Goo vakası olarak kayda geçen olay popüler kültürde yankı bulmuştur. (http://www.theregister.co.uk/2006/11/24/secondlife_greygoo_attack/)

* Tasty Planet adlı şirin bir flash oyunu Grey Goo senaryosunu konu almış. Oyuna şu adresten ulaşabilirsiniz. Bu da oyunun tanıtımı için hazırlanmış bir mini öykü: