Yepyeni Bir Disiplin: İmmunomühendislik

İmmünolojinin en iyilerini ve mühendisliğin en iyilerini birleştirin. Neye sahipsiniz? Yeni ortaya çıkan immünomühendislik alanı.

Antik Yunan'dan günümüze kadar, bağışıklık sistemi hakkındaki bilgimizin gelişimi katlanarak büyüdü. Bu karmaşık hücre ağı ve salgılanan proteinler, insan vücudunun hemen hemen her organında bulunur. Bağışıklık sistemlerimiz hem homeostaz hem de hastalıkta karmaşık bir rol oynar, bakteriyel enfeksiyondan doku gelişimine kadar süreçleri düzenler. Bağışıklık sistemini geliştirme fikri 100 yılı aşkın bir süredir var olmuştur. 1880'de Louis Pasteur ilk olarak aşılama hakkındaki bulgularını halka sundu ve 1885'te ilk çocuğu kuduz virüsüne karşı aşıladı. 1890'larda William Coley, tümör yükünde bir azalmaya yol açan streptokok bakterileri olan kanser hastalarının kasıtlı enfeksiyonunu tanımladı ve ilk kanser immünoterapisi olarak tanımlandı. Günümüzde ise, nanopartiküller, biyomateryal iskeleler ve küçük moleküllü ilaçlar kullanarak bağışıklık tepkilerini modüle etmeye başladık. Bağışıklık tepkilerini geliştirmeye yönelik bu yaklaşımlar, hastalıkların önlenmesinden doku rejenerasyonuna kadar çeşitli uygulamalarda kullanılabilir [1][8].

Bağışıklık sisteminin pek çok tıbbi tedaviyle etkileşime girdiği göz önüne alındığında, bağışıklık hücrelerinin tedaviye nasıl tepki verebileceğine ve bağışıklık sistemini istenen bağışıklık tepkisini vermek için nasıl modüle edebileceğimize dair bilgi ihtiyacını vurgular. İmmünomühendislik teriminin ilk olarak kullanımı; Melody Swartz, Sachiko Hirosue ve Jeffrey Hubbell'in “İmmünoterapiye Mühendislik Yaklaşımları” başlıklı 2012 makalesinde görülebilir [2]. Bu yeni disiplin, son on yıldır katlanarak büyüyor. Klasik immünologlar ve mühendisler arasındaki etkileşimler; bulaşıcı hastalıkların, kanserlerin, travmatik yaralanmaların, genetik hastalıkların ve daha fazlasının tedavisinde yenilikleri ilerletiyor.

İmmünomühendislik Araştırmaları

Biyomimetik malzemeler, genellikle canlı sistemlerde bulunan fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri taklit etmek için tasarlanmış malzemelerdir. Bağışıklık sistemini taklit etmek için materyal tasarlamak; temel bilimlerde yeni immünolojik keşiflerin hızlı bir şekilde yapılması, benzer biyolojiyi yeniden yaratabilecek sentetik sistemleri tasarlama ve yenilik yapma fırsatlarının artması nedeniyle özellikle ilgi çekicidir [3].

İmmünomühendislik araştırmalarının translasyonel bir etki yaratabileceği tıp alanları, otoimmün hastalıklarda bağışıklık toleransının oluşturulmasını içerir. Bunlar; romatoid artrit, tip 1 diyabet, ülseratif kolit, Crohn hastalığı, multipl skleroz, lupus ve diğerleri. Bu hastalıklara, konakçıya saldıran bağışıklık sistemi neden olur. İmmünomühendislik, bağışıklık sistemine bu saldırıları durdurması ve iyileşmenin gerçekleşmesine izin vermesi için sinyal veren biyomateryaller tasarlayabilir [5].

İmmünomühendislik, sürekli ilaç dağıtımı alanında da önemlidir; burada amaç, vücudun belirli hücrelerine uzun süre kalıcı bir şekilde istenen biyomolekülü teslim etmektir. PEG kaplı parçacıklar kanda uzun süreli dolaşım sağlasa da, tümör hedefleme gibi birçok uygulama için mevcut dağıtım yaklaşımları yetersizdir. Sentetik bir polimerin parçacık yüzeyine konjugasyonundan ziyade, parçacık yüzeylerinde bağışıklık hücre zarlarını kaplayarak veya biyomimetik peptidleri parçacık yüzeylerine konjugasyon yaparak yüzeyi kendi kendine gizleyen biyomimetik, immünomühendislik yaklaşımları, sentetik parçacıkların bağışıklık sisteminden kamufle edilmesini sağlar. Bu tür gizli nanosistemler, diğer uygulamaların yanı sıra ilaç dağıtım cihazları veya sensörler olarak uzun süre çalışabilir [4].

Bulaşıcı hastalıklarla mücadele etmek için, etkinliği, güvenliği ve ölçeklenebilirliği artıran yeni aşıların tasarlanması arzu edilir. Sıtmaya karşı korumak için DNA taşıyan lipozomlar ve nikotin aşısı gibi davranan biyolojik olarak parçalanabilir polimerik nanopartiküller gibi çeşitli malzemelerden yeni immünomühendislik aşıları üretilmektedir. Bir tür glikomühendislik olan immünomodülatör moleküllerin glikozilasyonu, atijenlerin immünojenitesini daha da arttırmak ve immünoterapilerin tasarımını geliştirmek için de kullanılabilir [6]. Aşıların bir diğer önemli uygulaması olan biyomateryaller, aşıları güvenli, kullanımı kolay ve ağrısız bir şekilde iletebilen bir dizi mikro iğne oluşturmak için kullanılabilir.

İmmünomühendislik aşılarının özellikle heyecan verici bir yönü, kanser aşılarına yönelik gelişmelerdir. Bir hastanın vücudundaki her kanser hücresini hedeflemesi ve yok etmesi gereken bir terapötik geliştirmek yerine, terapötik ihtiyacı sadece birkaç hedef bağışıklık hücresine ulaştırılır. Terapötik, bağışıklık sistemini vücutta sistemik bir anti-kanser hücresel bağışıklık tepkisini aktive etmek, çoğaltmak ve monte etmek için eğitebilir [7].

Kaynakça:

1. https://www.hopkinsmedicine.org/research/advancements-inresearch/fundamentals/in-depth/engineering-the-immune-system Erişim 06.12.20

2. Swartz MA, Hirosue S, Hubbell JA. Engineering approaches to immunotherapy. Sci Transl Med 2012;4(148):148rv9.

3. Gammon JM, Jewell CM. Engineering Immune Tolerance with Biomaterials. AdvHealthc Mater 2019;8(4):e1801419.

4. Wilhelm S, Tavares AJ, Dai Q, Ohta S, Audet J, Dvorak HF, Chan WCW. Analysis of nanoparticle delivery to tumours. Nature Reviews Materials 2016;1(5).

5. Wei X, Zhang G, Ran D, Krishnan N, Fang RH, Gao W, Spector SA, Zhang L. TCell-Mimicking Nanoparticles Can Neutralize HIV Infectivity. Adv Mater 2018;30(45):e1802233.

6. Hu Y, Smith D, Frazier E, Hoerle R, Ehrich M, Zhang C. The next-generation nicotine vaccine: a novel and potent hybrid nanoparticle-based nicotine vaccine. Biomaterials 2016;106:228-39.

7. ‘Engineering the immune system’ Kaitlyn Sadtler (Massachusetts Institute of Technology and Harvard Medical School, USA)

8. ‘Immune engineering: From systems immunology to engineering immunity’, Ning Jiang, 2017