2023’te Dünya Ekonomik Forumu, biyoyakınsamayı 21. yüzyılı yeniden tanımlayacak bir mega trend olarak adlandırdı. Dünya Ekonomik Forumu (WEF) web sitesinde yer alan bir makaleye göre, biyoloji ve veri bilimi çarpışma rotasında. Ancak tüm çarpışmalarda olduğu gibi, bir maddenin doğru parçacıkları doğru yönelimde buluşursa, sonuç başarılı bir değişim olacaktır.
Imec bu fikre katılıyor ve sağlık stratejisini biyoyakınsama üzerine kurdu. Leuven’deki ITF Dünya 2024’te Imec’te yaşam bilimleri portföy yöneticisi olan Charlotte D’Hulst, Belçika araştırma ve teknoloji kuruluşunun yarı iletken teknolojisindeki uzmanlığını yaşam bilimleri dünyasına getirmek için üzerinde çalıştığı projelerden bazılarını vurguladı.
ChatGPT’nin doğal dille neler yapabileceğini hepimiz duyduk, dedi D’Hulst. Biyoloji, genetik kodumuza birleştirildiğinde çok daha karmaşık olan birkaç harf üzerine inşa edilmiş başka bir doğal dildir.
Ancak, yakın zamanda gerçekleşen bir Gingko Bioworks Yatırımcı Günü etkinliğinde Imec araştırmacılarına işaret edildiği gibi, biyoloji ele alınması çok daha karmaşık bir sorundur ve tüm kuralları anlamıyoruz. Büyük dil modellerinin (LLM) gücünü biyoloji için üretken AI’ya (GenAI) uygulayabilmemiz için, biyolojinin nasıl çalıştığına dair daha iyi bir anlayış kazanmamız ve halihazırda bildiklerimizi dijitalleştirmemiz gerekiyor.
D’Hulst’a göre, mevcut biyolojik verilerin %1’inden azı şu anda erişilebilir durumda. Bunu, yapay zeka algoritmalarını eğitmek için kullanılabilecek bir biyolojik bilgi veri gölüne dönüştürmek için araçlara ihtiyacımız var.
Araçlar arasında, hücrelerin içinde neler olup bittiğini ve hücrelerin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu daha derin bir düzeyde anlamamızı sağlayacak daha gelişmiş moleküler mikroskoplar da yer alacak.
D’Hulst, “Imec, proteinlerin, uzun okumalı DNA’nın ve hatta beynin yapısına benzeri görülmemiş bir çözünürlükle bakarak biyolojinin bazı yönlerine yeni ışık tutmaya yardımcı oldu” dedi.
“Ancak biyolojiyi okumak için yeni nesil dizileme ve biyolojiyi düzenlemek için CRISPR/Cas9 gibi modern teknolojiler kullanılarak çok fazla ilerleme kaydedilmiş olsa da, bu ilerlemeler buzdağının sadece görünen kısmı.”
Biyoyakınsak teknolojinin beş alanı odak noktası haline geliyor
Imec’in üzerinde çalıştığı biyoyakınsak teknolojilerden biri de sentetik biyolojiyle ilgili.
D’Hulst, “Yeni nesil tedavi edicilerin geliştirilmesinde ve sentetik biyolojide yeni yaşamı anlamak veya yaratmak için kullanılan yapı taşlarına baktığımızda, her şey özellikle DNA olmak üzere nükleik asitlere dayanıyor ve bu da onu sağlık ile ilgili birçok Ar-Ge’nin temel bileşeni haline getiriyor” dedi.
DNA dizilemenin (DNA okuma) maliyeti son 20 yılda altı kat düşmüş olsa da, maliyet etkin DNA sentezi (DNA yazma) hala bir zorluk olmaya devam ediyor. Bugün hala 20 yıl öncesiyle hemen hemen aynı maliyete sahip.
Imec ölçeklenebilirlik üzerinde de çalışıyor, ancak teknolojinin nasıl ölçekleneceği uygulamaya bağlıdır. İlaç geliştirme ve sentetik biyoloji için ölçekleme, paralellik anlamına gelir; milyonlarca farklı aday çözümü taramak için aynı anda benzersiz diziler üretmek. Ancak belirli bir hasta için tek bir ilaç dozunun gerekli olduğu hassas tıp için ölçekleme tamamen farklıdır.
“Uygulamaya özgü devrelerde elektrot dizilerinin son işlenmesi de dahil olmak üzere elektrotları ele alan son derece ölçeklenebilir şemalar geliştiriyoruz, böylece üreticiler yüz milyonlarca ayrı nükleik asidin sentezini kontrol edebilir,” dedi D’Hulst. “Imec ayrıca miktar zorluklarını ele alarak, nükleik asitlerin sentezlendiği yüzeyi artırarak miktarı artırıyor.”
Imec’in yaptığı üçüncü görev, sağlık hizmetlerine yardımcı olmak için yarı iletken üretimindeki bazı temel süreçleri özelleştirmenin yollarına bakmaktır. Araştırma firması, nanotel ağlarının, 3D sütun yapılarının veya nano baskı litografisinin biyoyakınsak uygulamalar için nasıl optimize edilebileceğini araştırıyor.
Imec’in araştırdığı dördüncü biyokonverjans alanı maliyeti azaltma yollarıdır. “Burada, hızlı akışkan uzmanlığımız devreye giriyor, çünkü bu bize reaktifleri gerçekten bir saniyeden kısa sürede yıkama ve karıştırma ve PCR gerçekleştirme olanağı sağlıyor [polymerase chain reactions] D’Hulst, “Beş dakikadan kısa bir sürede, çok daha az reaktifle gerçekleştiriliyor ve bu da maliyeti etkiliyor” dedi.
Imec ayrıca sinirbilimi üzerinde de çalışıyor. D’Hulst, “Uzun bir süredir EEG’lerle, beynin belirli bölgelerinden gelen toplanmış sinyallerle ve temel ham derin beyin stimülasyonuyla sınırlıydık,” dedi.
Ancak biyoyakınsak teknolojiler artık nöronlar arasındaki sinyalleri yorumlamak için kullanılabilir ve Imec üç farklı nöroteknoloji platformu geliştiriyor. D’Hulst’a göre, araştırma kuruluşu uygulayıcıların ve araştırmacıların tek bir nöron seviyesinde aynı anda birden fazla beyin yapısını incelemelerine olanak tanıyan yüksek çözünürlüklü araçlar oluşturdu. “Imec, küresel olarak 900’den fazla araştırma laboratuvarında 16.000’den fazla NeuroPixel prob konuşlandırdı,” diye ekledi.
Imec, kronik hastalıkları tedavi etmek için yeni implantlar için bileşenler geliştiriyor. İmplantlar minyatürleştirilmiş ve kablosuz olarak bağlanmış ve pil gerektirmiyor. Bunlar arasında beynin belirli kısımlarını tetiklemek için kullanılabilen nörostimülatörler de yer alıyor. Belçikalı araştırma kuruluşu ayrıca, örneğin foto-akustik kullanarak insan beyniyle invaziv olmayan arayüzler de araştırıyor.
Teknoloji hastaların izlenmesine yardımcı oluyor
Sağlık hizmetlerinde iyileştirmeye ihtiyaç duyulan alanlardan biri, hastaların izlenmesidir; bu izleme, ideal olarak uygulayıcıların, hastaların normal hayatlarını sürdürürken onları gözlemleyebilmelerine olanak tanıyan, müdahalesiz bir şekilde yapılmalıdır.
Bu doğrultuda Imec, yeni bir dalga formu olan benek pletismografisini tanıtıyor. Benek, bir gürültü biçimidir. Tutarlı ışık canlı dokuya yansıtılır ve dokudaki parçacıkların hareket etmesine neden olur, bu da benek desenini alttaki dokulara ve atardamarlara dair içgörü sağlayan şekillerde değiştirir. Bu, uygulayıcıların kalp hızı, oksijenasyon, solunum ve kan basıncı gibi hayati belirtileri doğrudan temas olmadan gözlemlemelerine yardımcı olabilir.
Ancak Imec’in tanıttığı en ilgi çekici teknoloji belki de vücudun içinden gözlemleri geri bildirmek için kablosuz antenli yutulabilir hap. D’Hulst’a göre, dört kişiden biri sindirim sorunları yaşarken, bağırsakta neler olup bittiğini bulmaya yönelik mevcut yöntemler (örneğin, klinik endoskopi veya kolonoskopi) pahalı ve zahmetlidir ve hastada gün boyunca neler olduğunu göstermez.
D’Hulst, Imec’in yutulabilen bir vitamin hapı büyüklüğünde bir bağırsak hapı piyasaya sürdüğünü söyledi. Farklı şeyleri ölçmek için kullanılabilir – örneğin, pH veya iltihap – ve bir hastanın bağırsağından kablosuz olarak veri aktarmak için bir anten içerir. Imec, yutulabilir sensörün ilk insan içi denemesini geçen kış tamamladı ve bağırsaktan numune bile alabilen ikinci nesil bir sensör geliştiriyor.