DNA Origami ile Pankreas Kanserine Yönelik Yeni Tedavi Stratejileri

Pancreatik kanserin teşhis ve tedavisindeki zorluklar, yeni geliştirilen nanoteknolojik yöntemlerle aşılmaya başlanıyor. Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign ve Purdue Üniversitesi ortaklığında gerçekleştirilen son araştırma, DNA origami adı verilen nanoskaladaki yapıların kanser hücrelerine yönelik özel hedefleme kabiliyetiyle görüntüleme doğruluğunu ve tedavi etkinliğini artırmayı amaçlıyor. Özellikle pankreas tümörlerinde, yoğun bir ektraselüler matriksin tümör hücrelerini çevrelemesi tanıyı zorlaştırıyor ve cerrahi müdahalelerde tümör sınırlarının net belirlenmesini engelliyor. Bu soruna çözüm olarak geliştirilen DNA origami, KRAS mutasyonunu taşıyan kanser hücrelerini seçici olarak tanımlayarak kanser tanısında önemli bir adım oluşturuyor.

DNA’nın yapısal molekül olarak sunduğu çok yönlü kullanımı, araştırmanın merkezinde yer alıyor. Geleneksel çift sarmal DNA’nın, önceden belirlenmiş nanoyapılar şeklinde katlanmasıyla oluşturulan DNA origami, moleküler iskeleler olarak görev yapıyor. Bu yapılar, floresan boyalar veya antikanser ilaçları taşıyabilmekte. DNA origaminin bu denli küçük ölçekte sağladığı hassasiyet; görüntüleme ajanlarının sadece kötü huylu dokuya odaklanmasını sağlayarak, sağlıklı hücrelere etkiyi azaltıyor. Böylece cerrahların tümör sınırlarını daha net görmesi sağlanıyor ve hedefe yönelik kemoterapi imkanı doğuyor.

Araştırma ekibi, pankreas tümörlerinin karmaşık mikroçevresini simüle etmek için gelişmiş 3D yazıcıyla oluşturulan “tumoroid” yapılarını kullandı. Ayrıca mikroakışkanlı (microfluidic) tümör-stroma modelleri geliştirildi. Bu sistemler, pankreas kanserindeki yoğun stromal dokuyu laboratuvar ortamında birebir taklit ederek hayvan modellerine olan bağımlılığı azalttı ve terapötik doğrulamayı hızlandırdı. DNA origami yapıları, içerdikleri görüntüleme boyalarıyla bu tumoroidlere uygulandığında, KRAS-mutant kanser hücrelerinde belirgin bir tutulum gösterirken normal pankreas dokusuna zarar vermedi.

Yapay tümör modellerini takiben, araştırma insan pankreas tümörlerini taşıyan fare modellerinde de devam etti. Burada floresan görüntüleme, DNA origami yapılarının tümör dokusunda seçici birikimini doğruladı. Böylece, hem yapay laboratuvar modelleri hem de canlı hayvan modelleri kullanılarak elde edilen sonuçlar, DNA origaminin klinik potansiyelinin somut bir kanıtını oluşturdu. Bu süreç, moleküler görüntülemede ve hedefe yönelik tedavide devrim niteliğinde uygulamaların önünü açıyor.

Araştırmada önemli bir keşif, DNA nanoyapılarının fiziksel özelliklerinin hücre içi alınımı doğrudan etkilediğinin ortaya konması oldu. Araştırmacılar, farklı şekil ve boyutlardaki DNA origami yapılarını karşılaştırdı. Yaklaşık 70 nm uzunluğunda ve 30 nm çapındaki tüp şeklindeki DNA origami parçalarının pankreatik kanser hücrelerince en iyi şekilde alındığı tespit edildi. Benzer şekilde, 6 nm uzunluğundaki daha küçük tüp formları da önemli bir birikim gösterdi. Buna karşın daha büyük tüpler ve tüm testedilen karo (tile) şeklindeki yapılar bu etkinliği yakalayamadı. Bu gözlem, nanoparçacıkların biçim ve boyutunun hücre içine girmede kritik rol oynadığını ortaya koydu.

Laboratuvarda bu sonuçları yorumlayan Prof. Dr. Bumsoo Han, en uygun boyut ve şeklin seçici hücre içi penetrasyonu kolaylaştırdığını vurguladı. Daha küçük parçacıkların her zaman daha iyi alındığı şeklindeki genel kanıyı sorgulayan bu bulgu, nanomedikal geliştirmelerde mükemmel mühendislik gereksinimini ortaya koyuyor. Bu sayede DNA origami yapıları, tedavi ve tanıda zararlı etkileri en aza indiren yüksek özgüllüğe sahip araçlar haline geliyor.

İlerleyen dönemlerde araştırmacılar, DNA origami yapılarını kemoterapi ilaçlarıyla yükleyerek hedefe yönelik tedaviler geliştirmeyi planlıyor. Böylelikle, sadece kanser hücrelerinde yoğunlaşan ilaçların, sağlıklı dokularda yan etki yaratmadan etkinliği artırması hedefleniyor. Ayrıca 3D yazıcı ve mikroakışkan teknikleriyle geliştirilen tümör modelleri sayesinde ilaç keşif süreçleri hızlanacak ve hayvan deneyleri azalacak. Bu durum, etik açıdan da araştırmalara avantaj sağlıyor.

Bu araştırmanın etkileri sadece pankreatik kanserle sınırlı kalmayacak. Yoğun stromal yapıya sahip diğer tümör türlerinde de DNA origami tabanlı görüntüleme ve tedaviler yeni bir çığır açacak. Nanoparçacıkların programlanabilirliği ve hassas mühendisliği, her hastanın genetik ve anatomik özelliklerine göre kişiselleştirilmiş çözümler sunabilecek. Böylelikle moleküler tıpta devrimsel ilerlemeler bekleniyor.

Çalışmanın çok disiplinli doğası, mühendislilik ve biyomedikal bilimlerin birleşmesini simgeliyor. Mekanik mühendisliğinin nanoskopik manipülasyon alanındaki uzmanlığı, onkolojiye odaklanan biyomühendislik çalışmalarıyla birleşerek, pankreatik kanser gibi zorlu hastalıklarda yenilikçi çözümler sunuyor. Carl R. Woese Genomik Biyoloji Enstitüsü ile Beckman Enstitüsü gibi önde gelen araştırma merkezlerinin desteği, teknolojik gücün bu başarıdaki rolüne işaret ediyor.

Advanced Science dergisinde yayımlanan çalışma, moleküler görüntüleme alanında büyük bir ilerleme kaydettiğini gösteriyor. DNA origaminin hücre ve doku özgüllüğünde ilaç ve görüntüleme ajanı taşıma kapasitesi, ön klinik kanıtlarla desteklendi. Klinik uygulamaya geçiş gerçekleştiğinde, cerrahların tümör sınırlarını net görerek ameliyat sırasında daha başarılı müdahaleler yapması ve hedefe yönelik kemoterapi ile tedavi etkinliği yükselmesi bekleniyor.

3D yazıcı ve mikroakışkan teknolojilerinin tümör modelleri oluşturmadaki önemi de bu araştırmada bir kez daha teyit edildi. İnsan pankreas kanserinin fibrotik ortamını taklit edebilen bu modellemeler, geleneksel deneysel yaklaşımlara göre çok daha gerçekçi ve kontrollü bir platform sağlıyor. Bu sayede hipotezlerin hızla test edilmesi ve özgün tedavilerin optimizasyonu mümkün oluyor.

Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Ulusal Bilim Vakfı’nın sağladığı finansal destek, bu disiplinlerarası çalışmanın arkasındaki önemli güçlerden biri oldu. Han ve çalışma arkadaşları, nanoteknoloji, onkoloji ve mühendisliğin kesiştiği noktada yürüttükleri bu projeyle, teşhis ve tedavide hassasiyeti artırmak üzere nanoyapı tasarımında çığır açmaya devam ediyor. Klinik dönüşüme ulaşılmasıyla pankreatik kanser hastalarının ameliyat ve kemoterapi süreçlerinde yeni bir dönem başlayabilir.

Sonuç olarak, DNA origami nanoyapılarının olağanüstü özgüllüğü ve çok yönlülüğü, gelecekte özelleştirilmiş kanser tedavisinin temel taşı olarak görülüyor. Moleküler düzeyde hastalıklı hücrelerle direkt etkileşim sağlayabilen, taşınan yükü ihtiyaç doğrultusunda değiştirebilen bu akıllı nanoyapılar, pankreatik ve diğer zorlu kanserlerde tedavi başarısını artırma potansiyeline sahip.

—

**Araştırma Konusu**: Cells

**Makale Başlığı**: DNA origami-cyanine nanocomplex for precision imaging of KRAS-mutant pancreatic cancer cells

**Haberin Yayın Tarihi**: 14-Feb-2025

**Web References**: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202410278

**Doi Referans**: 10.1002/advs.202410278

**Resim Credits**: Photo by Fred Zwicky

**Anahtar Kelimeler**: Pancreatic cancer, DNA origami, KRAS mutation, fluorescent imaging, nanotechnology, tumor microenvironment, 3D tumoroids, microfluidics, targeted therapy, molecular imaging, nanomedicine, tumor-stroma model