Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Yapıştırıcılarla ilgili 1960’lı yıllarda başlayan araştırmalar, özellikle  gemilerin  tabanlarına  yapışıp hasar oluşturan kaya midyesine odaklanıyordu. Denizyıldızları, midyeler, algler, solucanlar, deniz yosunları ve denizanası gibi canlılar kayalara, deniz tabanlarına, balıkların sırtına ve gemilere tutunabilmek için yapışkan bir madde salgılar. Canlılar salgıladıkları bu madde sayesinde gemilerin karinalarına yani sualtında kalan kısımlarına tutunur. Bu durum hem gemilere zarar verir, hem de hızlarını azaltarak yakıt israfına sebep olur. Gemilere yapışan midyelerin temizlenmesi ve midye yapışmasını önleyici özel boya masrafları nedeniyle ABD Donanması’nın yılda yaklaşık 6 milyon dolar harcadığı belirtiliyor.

Midyeler, son yıllarda bilim dünyasında ilgi ile takip ediliyor. Çünkü midye salgılarından elde edilen yapıştırıcılar, Dr.Coover’ın kimyasal yapıştırıcısından hem daha güçlü hem de sulu ortamlarda da etkili. Midyenin yapışkan salgısı tıpta, dişçilikte, gemi ve ilaç endüstrilerinde, botanikte, boya kimyası ve nörodejeneratif (sinir sistemi hasarı) hastalıkların tedavisi ile ilgili çalışmalarda birçok yeni araştırmanın ve büyük projenin başlamasına sebep olmuştur. Bunlardan belki de en ilginci, anne karnındaki bebeği koruyan zarların yırtılması ile oluşan hasarların midyeden elde edilen yapıştırıcı ile tedavi edilebilmesi. Bu küçük canlıdan ilham alınarak üretilen ürünler tıpta ve teknolojide hayatımızı kolaylaştırmaya devam ediyor. Midye, doğayı gözlemleyerek ve taklit ederek (biyomimetik) üretilen ürünlere ilham kaynağı olan canlılardan sadece biri. Otomobillerde, kumaş ve dış cephe boyalarında, mücevher endüstrisinde gümüş kaplamalarda kullanılan yapıştırıcılar hayatımızın her alanına girmiş durumda. Ancak günümüzde kullandığımız yapıştırıcıların çeşitli problemleri var. Örneğin diş dolguları ve kalça protezleri belli bir süre sonra düşüyor veya gevşiyor. Kullanılan yapıştırıcı malzeme bir süre sonra etkisini kaybedebiliyor. Özellikle sıvı ortamlarda yapıştırıcının etkisi iyice azalıyor veya hiç kalmıyor. Ancak midyelerden elde edilen güçlü yapışkan madde sıvı ortamlarda da etkili. Dolayısıyla bu doğal maddenin, endüstride çok çeşitli kullanım alanları olabilir.

Örümcek, muz ve midye ilişkisi

Örümcek usta bir avcıdır. Avlanma sırasında son teknoloji ürünler kullanır. Örümcek ağlarındaki ince liflerde midyelerdekine benzer yapıştırıcı bir madde olduğu keşfedilmiş. Örümcek, salgıladığı yapışkan bir damlacık ile avını yakalar. Ezik ve bereli muzlar da midyedeki yapıştırıcı maddeye benzer bir madde salgılar. Meyvenin hasar görmesi sonucu tetiklenen bu mekanizmayla, yapıştırıcı özelliği olan salgı maddesi çürümeyi yavaşlatarak dayanıklılığı artırırken, mikropların saldırısına karşı da koruma sistemini harekete geçirir. Meraklı araştırmacılar örümcek ve muz ilişkisinden yola çıkarak hayret verici bir buluşa imza attı. Yaptıkları ilginç keşif  şuydu:  Midyenin,  örümceğin ve muzun salgılarında dihidroksifenilalanin (DOPA) adlı bir protein vardı. DOPA (3,4-dihidroksi-L-fenilalanin, L-DOPA) dopamin öncü maddesidir. Dopamin ise sinir sistemindeki haberci moleküldür. DOPA amino asiti beyinde dopamine dönüştürülür. Dopamin eksikliğinde, hastalara kan-beyin bariyerini geçemeyen dopamin yerine bu bariyeri geçebilen DOPA verilir. Dopamin eksikliği görülen Parkinson hastalarında, beyindeki dopamin miktarını artırmak için DOPA kullanılır. Biyoteknoloji firmaları midyenin kendisini sabitlemek ve uygun bir yere yapışmak için ürettiği DOPA içeren protein karışımından ilham alarak, sentetik olarak bu maddeye benzeyen ve sulu ortamlarda da yapışabilen yapıştırıcılar üretti. Bu başlangıç yeni kapıların ve uygulama alanlarının açılmasına yol açtı.

Cerrah yapıştırıcısı

Kadın doğum hastalıkları uzmanları, midye salgısına benzer sentetik yapıştırıcıların bir an önce piyasaya sürülmesini bekliyor. Amniyon ve koriyon zarları, bebeğin anne karnında içinde yüzdüğü amniyon sıvısını çevreleyerek ince ve şeffaf bir kılıf gibi sarar. Bazen istenmeyen durumlar olabilir. Örneğin bu zar yırtılırsa, bebeğin içinde yüzdüğü su azalırsa ne olur? Zar yırtığı denilen durumlarda, anne karnındaki bebeği koruyan bu zarlar doğum başlamadan önce yırtılır ve amniyon sıvısı dışarı akmaya başlar. Bu gebeliğin sonlandırılmasına kadar gidebilen, istenmeyen bir durumdur.

Döllenmeyi izleyen ilk sekiz haftaya embriyonik dönem adı verilir. Gelişmekte olan insana “embriyo” (içeride büyüyen) denir. Sekizinci haftadan hamileliğin sonuna kadarki döneme ise fetal dönem, bu dönemdeki insana da “fetüs” (doğmamış) denir. Fetal zarlardan kast edilen bu dönemde bebeği koruyup sarmalayan zar tabakalarıdır. Uzmanlar fetal zarlarda oluşan deliklerin ve yırtılmaların sentetik midye yapıştırıcısı ile tamir edilebileceğini düşünüyor. Bir araştırmaya göre, midyeden ilham alınarak üretilen DOPA içeren sentetik yapıştırıcılar, ana rahminde bebeği koruyan zarlarda sınanmış ve başarılı sonuçlar alınmış. Bu araştırmada insan fetal zarlarında 3 milimetrelik delikler açılarak zar yırtıkları taklit edilmeye çalışılmış; bu delikler piyasada bulunan tıbbi dolgular, yapıştırıcılar ve midye yapıştırıcısı ile kapatılmış. En iyi sonuç midye yapıştırıcısı ile alınmış. DOPA içeren dolgu maddesi 10-20 saniye içinde katılaşmış.

Cerrah yapıştırıcısı olarak anılan ameliyat dikiş malzemelerinin yakın gelecekte piyasaya sürülmesi bekleniyor. Cerrahların istediği su geçirmez, zehirli olmayan ve yapışkanlık özelliği güçlü olan bir madde. Midye salgısı işte bu üç özelliğe de sahip.

Diş hekimleri de midye çalışmalarını dört gözle takip ediyor. Çünkü ağız içi gibi sulu bir ortamda etkili olabilecek ideal bir yapıştırıcı madde henüz yok, olanlar da istenildiği gibi etkili değil. Dişlerimizin yapısında tıpkı kayalarda olduğu gibi mineraller olduğu için, kayalara yapışan midyenin salgısından ilham alınarak yapılan dolguların ve yapıştırıcı  maddelerin  bu iş için birebir olduğunda hemen hemen herkes hemfikir. Romatizmal hastalıklarda, menisküs ve kas bağı yırtıklarında ve zedelenmelerinde, kırık çıkık, diz ve kalça protezi çalışmalarında da midye salgısından ilham alınan malzemeler kullanılmaya başlandı.

Yiyelim mi, yapıştıralım mı?

Dünyada milyonlarca insanın besin kaynağı olan midyeler, son 10 yılda % 900 büyüyen endüstri hacmi ile kamuoyunun ve araştırmacıların ilgi odağında. 1988-1992 yılları arasında tüm dünyada 1,3 milyon ton, 1998’de ise yaklaşık 2 milyon ton midye tüketilmiş. Midye kadmiyum, cıva ve kurşun gibi ağır metallerin depolanması 

riskinden dolayı, birçok ülkenin balıkçılık ve denizcilik birimlerinin insan sağlığı konusunda yaptığı araştırmalara konu oluyor. Karaciğer hastalıkları, diyabet, bağışıklık sistemi yetmezliği gibi çeşitli rahatsızlıkları olanların midye tüketimi konusunda dikkatli olması öneriliyor.

Teflona, titanyuma ve çeliğe bile yapışabilen midyedeki yapıştırıcı madde iki kısımdan oluşuyor: Reçine benzeri protein kısım ve sertleşmeyi hızlandıran kimyasal kısım. Yapışkan özelliği olan protein kısım suyla temas edince katılaşıyor. DOPA içeren kolajen benzeri bu protein, deniz suyundaki demir ve kalsiyum iyonları ile bağ yaparak sertliğin ve esnekliğin iyice artmasını sağlıyor. (Kolajen bağ dokularında örneğin deride, kemikte, damarlarda ve tendonlarda bol miktarda bulunan bir protein. Vücudumuzdaki tüm protein miktarının % 30’unu kolajen oluşturuyor. Otuza yakın kolajen çeşidi var.) Uzmanlara göre, bu bağ ancak midye öldüğünde kopuyor. Deniz suyundaki demir, çinko, bakır ve mangan gibi iyonları bir mühendis gibi kullanan midye, ince hesaplar sonucu salgısının sertliğini en üst düzeye çıkarıyor. Midye deniz suyunda milyarda bir bulunan metal iyonlarını kendi bünyesinde yoğunlaştırdıktan sonra yapışkan salgının sertliğini ayarlamak için kullanıyor. Sonuçta midyedeki süzgeç ve arıtma sistemi ile metal iyonlarının yoğunluğu 10.000 ile 100.000 kat arasında artıyor.

Evet, artık karar sizin. İsterseniz üstüne biraz limon sıkıp yiyin ya da, tabii eğer cerrahsanız, yapıştırıcı olarak kullanın.

Bilim ve Teknik

Kaynaklar

Haller, C. M., “Mussel-mimetic tissue adhesive for fetal membrane repair: a standardized ex vivo

evaluation using elastomeric membranes”, Prenatal Diagnosis,Cilt31, Sayı7, s. 654-60, 2011.

Messersmith, P. B.,“Materials science. Holding on by a hard-shell thread”, Science, Cilt 328, Sayı 5975, s. 180-181,2010.

Wilker, J. J.,“Marine bioinorganic materials: mussels pumping iron”, Current Opinion in Chemical Biology,Cilt14, Sayı2, s. 276-283, 2010.

Bendell, L. I., “Cadmium in shellfish: the British Columbia, Canada experience--a mini-review”, Toxicology Letter, Cilt198, Sayı1, s. 7-12,2010. Bilic, G., “Injectable candidate sealants for fetal membrane repair: bonding and toxicity in vitro”,

American Journal of Obstetrics Gynecology, Cilt202,

Sayı1, s.85.e1-85.e9,2010.

Holten-Andersen, N., Harrington, M. J., Waite, J. H.,“pH-induced metal-ligand cross-links inspired by mussel yield self-healing polymer networks with near- covalent elastic moduli”, Proceedings National Academy of Science USA, Cilt108, Sayı7, s. 2651-2655,2011.

The Interstate Shellfish Sanitation Conference (ISSC) http://www.issc.org/consumerinfo/mussels.aspx Miyoshi, T., Hirohata, S., Ogawa, H., Doi, M., Obika, M., Yonezawa, T., Sado, Y., Kusachi, S., Kyo, S., Kondo, S., Shiratori, Y., Hudson, B. G., Ninomiya, Y.,

“Tumor-specific expression of the RGD-alpha3 (collagen IV) NC1 domain suppresses endothelial tube formation and tumor growth in mice”, FASEB Jornal, Cilt 20, Sayı 11, s. 1904-1906, 2006.