İnsanoğlunun öncelikle hayatta ka-labilmek amacıyla başlayan doğayı tak-lit etme İsteği, geçen zamanla birlikte doğayı aşma, doğanın sunduklarından daha fazlasını elde etme yönüne kaydı. Hassas dengeler üzerinde süregelen bu doğal düzeni taklit, çok sayıda teknolojik gelişmenin de temelini oluşturdu ve halen de oluşturmaya devam etmekte. Kuşkusuz enzimler bu hassas dengenin en kıskanılan, bir o kadar da ilham ve-rici bir grubu. Enzimlerin temel işlevi biyolojik tepkimeleri hızlandırmak. Bu nedenle enzimler "biyolojik katalizör-ler" olarak adlandırılıyorlar. Birçok tep-kimenin vücudumuz içerisinde 37'C gibi düşük bir sıcaklıkta gerçekleşmesi, kimyacıların enzimlere büyük İlgi gös-termelerinin en temel nedeni. Şu an kimya ve diğer sanayilerde enzimlere benzer katalizörler var olsa da, enzim-lerin gösterdikleri etkinlik ve seçiciliğe hâlâ ulaşılamamış. Ayrıca, vücudumu-zun savunma güçleri olan antikorlar gi-bi, etkileyeceği molekülü tanıyan ve BİLİMveTEKNIK Ekim 2003

yalnızca ona özgü tepkiler veren, kısa-cası özgül ve seçici yapılar elde etme is-teği, araştırmacıların doğayı taklit etme konusuyla daha fazla ilgilenmelerinde bir diğer etken olmuş. Bu konudaki ilk başarılı çalışma, 1972 yılında Düssel-dorf Ünİversitesi'nden Günter Wulf ve Mosbach tarafından yapıldı ve tanınma-sı istenen molekülün polimer yüzeyine baskılanması olarak ifade edilen "mole-küler baskılama" kavramı yine ilk kez bu çalışmayla gündeme geldi. Enzim ve antikorlar gibi doğal moleküllerin ya-pay olarak elde edilebilmesi fikri, yani biyomimetik molekül (biyolojik mole-küllerin taklidi) sentezi, ilk başlarda ha-yal olarak görülse de daha sonra yapı-lan çalışmalarla çok daha açık bir şekil-

tanıma" kavramı Cram, Lehn ve Peder-son'ın 1987 yılında Nobel Ödülü'nü al-malarıyla tüm dünyada öğrenildi. An-cak bu konunun temelleri çok daha es-kilere, 1890'lı yıllarda Fİscher'in öne sürdüğü meşhur "anahtar-kilit mode-li"ne kadar gidiyor. Bir anahtarın kilidi açabilmesi için nasıl geometrik olarak onun tamamlayıcısı olması gerekiyorsa, enzimler de ancak geometrik açıdan ta-mamlayıcıları olan moleküllerle (ya da moleküllerin uygun bölgeleriyle) tepki-meye girerek katalizleme görevlerini yerine getirebilirler. Moleküler tanıma, yalnızca enzimlerin değil, tüm biyolojik işlevlerin temeli olduğundan, molekü-ler tanıma özelliğine sahip yapay mole-küllerin sentezlenmesiyle, biyolo-

de ortaya kondu. Yukarıdaki tanımından da açıkça görüleceği gibi mo-leküler baskılamanın temeli "moleküler tanıma" kavramına dayanır. "Moleküler

jik işleve sahip biyomimetik mo-leküller hazırlanmış olacak. Bu biyomimetik moleküllerin, biyoteknoloji, tıp ve biyoanali-tik alanlarında son derece ya-rarlı olacağı açık. Özellikle yapay almaçların (reseptörle-

rin) hazırlanması konusunda, günü-müzde pek çok laboratuvarda çalışma-lar yapılmakta. Peki moleküler baskılama nedir ve nasıl yapılır? Moleküler baskılama kısa-ca, üzerinde hedef molekülü tanıma özelliği taşıyan merkezler İçeren poli-merlerin sentezlenmesi işlemi. Sentez için iki temel gereksinim var: 1) hedef molekül ya da diğer bir deyişle baskıla-nacak molekül 2) hedef molekülle etki-leşebîlecek (kovalent veya kovalent ol-mayan bağlanmayla) İşlevsel bir mono-mer (monomerler, polimerlerin yapı taşlarıdır). Bu temel gereksinimlerin ya-nısıra çözücü, çapraz-bağlayıcı gibi yan gereksinimler de sözkonusu. Moleküler baskılama işlemi üç basa-maktan oluşur. İlk basamakta baskıla-nacak molekül İle monomer etkileşerek bir bileşik oluştururlar. İkinci basamak-ta bu bileşik yapı, işlevsel monomer üzerinden polimerleştirilir. Polimerleş-tirme gerçekleştikten sonra kalıplanan molekül, yıkama İşlemiyle polimerik ya-pıdan uzaklaştırılır. Böylelikle, geride baskılanmış bağlanma bölgelerine sa-hip bir polimer kalır. Artık bu polimer hedef molekül için yüksek seçicilik ve ilgiye sahiptir. Örneğin, hedef molekü-lü de içeren bir karışım, baskıladığımız polimer ile etkİleşecek olursa, sahip ol-duğu bağlanma bölgeleri nedeniyle yal-nızca hedef molekülü tanıyarak ona bağlanacak ve böylelikle hedef molekü-lün karışım ortamından uzaklaştırılma-sı, yani saflaştırılması sağlanacak. Moleküler baskılama son derece ba-sit bir işlem olarak gözüküyor olsa da, yöntemin başarısı bazı noktalara dikkat edilmesine bağlı. En temel nokta, polî-merleşme sırasında monomer ve hedef molekül etkileşimlerinin kararlı olması. Kararsızlık, seçicilik ve ilgiyi olumsuz yönde etkiler. Bu yüzden moleküler baskılama işlemlerinde kullanılan çözü-cü çok önemli ve kararlılığı artırmak amacıyla pek çok uygulamada, su ben-zeri organik çözücüler kullanılır. Hazır-lanan baskılanmış polimerlerin rijid, ya-ni mekanik açıdan kararlı yapıda olma-sı da baskılamanın başarısını etkileyen bir diğer nokta ve kararlı bir yapı için, ortama çapraz bağlanmayı sağlayacak bir molekülün de, yüksek oranda eklen-mesi gerekiyor. Çözücü seçimi, poli-merleşme sırasında yapının gözeneklili-ğini kontrol etmek açısından da önem-li, Metakrilik monomerlerİ çok farklı et-

kileşimler sağladıkları için tercih edilir. Bunun yanısıra poli (etilen) glikol katı-larak hem işlevsellik sağlanır, hem de immünojenite (bağışıklık sisteminde tepkiye yol açma özelliği) düşürülür. Moleküler baskılama alanında yapı-lan çalışmalarla, pek çok molekül başa-rılı bir şekilde baskılanmış durumda. Ancak bu konudaki en önemli kısıtla-ma, baskılanacak molekülün küçük ol-ması gerekliliği. Baskılanan molekülün daha sonra polimerik yapıdan uzaklaş-ması gerektiğinden, polimerin gözenek-lerinden geçebilecek kadar küçük ol-ması koşulu aranır. Şimdiye kadar bas-kılanmış moleküller arasında çeşitli ilaçlar, hormonlar, proteinler, amino-asİtler, karbonhidratlar, boyalar, böcek ilaçlan, nükleotidler, koenzimler ve ko-lestrol gibi steroidler sayılabilir. Moleküler olarak baskılanmış poli-merlerin doğal almaçlara benzer bir İlgi (afinite) ve seçicilik göstermelerine kar-şılık değişik ortam koşullarına karşı (ör-neğin; pH ve sıcaklık) daha kararlı olma-ları ve kolay elde edilebilmeleri, bu ko-nuyu daha da ilgi çekici hale getiriyor. Moleküler olarak baskılanmış polİ-merlerin, yukarıda da bahsedildiği gibi

en temel uygulama alanı, ayırma İşlem-leri. Bu polimerlerin, baskılanan mole-külü, ona çok benzer birçok molekül arasından (hatta bazı moleküllerin L ve D formlarının ayrılması gibi) tanıyabil-me özelliği, pek çok ayırma ve saflaştır-ma işlemi açısından İlgi çekici. Napro-xen, TİmoioI gibi ilaçların ayırma İşlem-leri, ilaçlarda molekülün tek bir formu-nun kullanılması gerektiğinden, en önemli ayırma İşlemlerinden biri ve baskılanmış polimerler kullanılarak ya-pılan ayırma işlemlerinde oldukça iyi sonuçlar elde edilmiş durumda. Baskılanmış polimerler, katalizör olarak da kullanılıyorlar. Bu tür uygula-malar için geliştirilmiş baskılanmış poli-merler "plastik enzimler" olarak adlan-dırılıyorlar. Plastik enzim, hedef mole-külü tanır ve ona bağlanarak kimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini düşü-rür; böylece tepkimenin daha hızlı, da-ha düşük sıcaklıkta ve daha verimli bir şekilde gerçekleşmesini sağlar. Hidro-jen florürün bir molekülden ayrıldığı tepkimeyi katalizleyen bir plastik enzim elde edilmiş durumda. Bu uygulamada-ki sistem oldukça basit olduğu halde, doğal enzimlerden çok daha avantajlı. Bilindiği gibi, enzimler protein yapıda-dır ve bu yüzden sıcaklık ve pH gibi dış ortam koşullarından çok fazla etkilenir-ler. Enzimler, yüksek sıcaklık ve orga-nik çözücüler içinde denatüre olur (üç boyutlu yapılarını kaybederler) ve İşlev-lerini yitirirler. Ancak enzimlerin plastik taklitleri, organik çözücüler içinde ol-dukça geniş bir pH aralığında ve ISCTC'ye kadar yüksek sıcaklıklarda özelliklerini kaybetmeksizin güvenle kullanılabilirler. Moleküler olarak baskılanmış poli-merlerle ilgili en ilgi çekici gelişmelerin yaşandığı bir başka uygulama alanın-daysa, bu yapılar biyo-algılayıcı ve ben-zeri cihazlarda tanıma elemanı olarak kullanılıyorlar. Bilindiği gibi bİyo-algıla- Ekim 2003 63 B İ Lİ M veTEKNİK

ler baskılamayla hidrojellerde şu an İçin, diğer polimerlerde olduğu gibi etkin bir tanıma elde edilebilmiş değil. Ancak hid-rojellerle yapılan moleküler baskılama çalışmaları, moleküler baskılamanın, hidrojellerin ilaç yükleme ve salım dav ranışı üzerinde olumlu gelişmeler sağla-dığını gösteriyor. Moleküler baskılamay-la hidrojellerde daha fazla ilaç yüklen-mesine olanak sağlayacak bölgeler ve bağlanma merkezleri elde ediliyor. Göz kuruluğu, konjuktivit gibi göz rahatsız lıklarında hepimizin bildiği gibi en çok kullanılan tedavi biçimi, damla kullanı-mı. Damla kullanımı kolay uygulansa da, ilacın çok azının gözün İstenilen böİgesi-ne ulaşması ve bir anda çok yüksek doz-lar kullanılarak sık sık tekrarlanması ge-rekliliği, bir dezavantaj. Bu nedenle, araştırmacılar buna seçenek olacak çe-şitli yöntemlere yönelmiş durumdalar. Kontakt lenslere ilaç yüklenmesi en yeni seçeneklerden biri. Bu yöntemle hasta, lensi gözüne yerleştirdiğinde lens yükle-nen ilacı kontrollü bir şekilde göze sa-lar. Bu yöntemin eksik yönü, lense yük-lenen ve lens tarafından salınan dozun, istenen dozun altında olması. Baskılan-mış hidrojellerin ilaç şahmında kullanı-mıyla ilgili yapılan bir çalışmada göz ku-ruluğu ve konjuktivit gibi göz rahatsız-lıklarında kullanılan Timolol adlı İlaç, moleküler olarak baskılanmış kontakt lenslere yüklenmiş ve moleküler olarak baskılanmış kontakt lenslerin baskılan-mamışlardan daha İyi İlaç yükleme ve sa-lım Özelliğine sahip oldukları ortaya konmuş. Yukarıdaki bilgilerden de anlaşılaca-ğı gibi moleküler baskılama oldukça ilgi çekici ve gelecekte önemli gelişmelerin yaşanacağı bir konu. Belki de bu yönte-min geliştirilmesiyle, çok daha İyi tanıma Özelliklerine sahip yapılar elde edilebile-cek ve şu an aklımıza gelmeyen birçok işlevin gerçekleştirilmesi mümkün olabi-lecek. Prof. Dr. Menemşe Gümüşderelioğlu Sezin Ertan HÜ Kimya Mühendisliği Bölümü

yıcılar, enzimler veya antikorlar gibi be-lirli molekülleri tanıma özelliği taşıyan yapılar kullanarak, çeşitli moleküllere karşı özgül olarak elde edilen tepkile-rin uygun cihazlar yardımıyla (transdu-cerlar) fiziksel ve ölçülebilir verilere dö-nüştürülmesini sağlayan düzenekler. Biyo-algılayıcılar, günümüzde çeşitli tanı kitlerinde sıklıkla kullanılmaktalar. Bunlar içerisinde en yaygın kullanılan-lardan bir grup, kan şekerini, yani kan-daki glukoz miktarını Ölçen cihazlar. Bu sistemde biyo-algılayıcı, içerdiği ta-nıma elemanı aracılığıyla glukozla etki-leşime girer. Bu etkileşimlerle elde edi-len tepkiler, daha sonra uygun cihazlar yardımıyla ölçülebilir, fiziksel tepkilere dönüştürülür ve biz de sonuç olarak kanımızdaki glukoz miktarını sayısal bir değer olarak elde edebiliriz. İşte baskılanmış polimerler biyo-algılayıcı-lardaki tanıma elemanlarına seçenek

Moleküler baskılamanın temel uygu-lama alanları, yukarıda sayılanlar. An-cak, baskılanmış polimerler başka alan-lara da uygulanabilirler. Örneğin, baskı-lanmış polimerlerin su arıtımında, su içe-risindeki istenmeyen molekülleri tutucu bir eleman olarak kullanılması mümkün. Baskılanmış polimerler, çeşitli savunma sistemlerinde de kimyasal ve biyolojik si-lah tehdidine karşı kullanılabilirler. Bu sistemlerde polimerlerin tanıma özelli-ğinden yararlanılarak kimyasal veya bi-yolojik silah moleküllerinin polimer ta-rafından tespit edilmesi sağlanabilir ve erken uyarı sistemleri geliştirilebilir. Moleküler olarak baskılanmış poli-merlerin son yıllarda hızla gelişen bir di-ğer uygulama alanı da, hidrojeller. Hid-rojeller büyük ölçüde sıvı emme özelliği-ne sahip, düşük çapraz bağlı ağ-benzeri yapılar ve ilaç salım sistemleri, kontakt lensler gibi değişik uygulama alanları

var. Ancak hidrojellerde moleküler baskılama ya-pılması, farklı bir yöntem gerektirir; çünkü bu yapı-ların kararlı olmaması, es-nek yapılar olması gere-kir. Bu nedenle, molekü-

olarak kullanılabilirler. Bu cihazlarda baskılanmış poli-merlerin kullanılması hâlâ doğal yapıların yerini tümüy-le almasa da polimerler gös-terdikleri kararlılık ile ol-dukça ilgi çekici bir seçenek oluştururlar. Daha önce de söz edildiği gibi, polimerle-rin doğal yapılara göre gös-terdikleri yüksek dayanıklı-

lık ve kararlılığın yanısıra doğal yapılardan daha ucuz olmaları da, avantajları arasında. Buna ek ola-rak polimerler, doğal almacı elde etme-nin çok zor veya mümkün olmadığı du-rumlarda yarar sağlarlar. Tüm bunların yamsıra baskılanmış polimerlerin elde edilme maliyeti, doğal antikor ve al-maçlardan düşüktür ve poliklonal anti-kor elde etmek için hayvan gereksini-mini ortadan kaldırırlar.

Kaynaklar Molecular imprinting within hydrogeli Advanced Drug Delivery (tevi- ews, 54 (2002) 149-161, M.E. BYRNE, K.Park, NA Peppas Tovıard ttıe nert generation of muleculaı imprinting wıth emphajis on Ihe formation, by dircd molding, of (ompounds with biolo- gical activity (biominıeticı), Analytka Chimıca Adü, 435, 1.1 2001), 3-8. Klaus Mosbach Molecular imprinting: at the edgt1 of Ilı e third millennium, Trends in Biotcthnology, 19, I, 2001, 9-12, S.A. Piletsky, S. Alcock and A. P. F. Turner. http: // pubs. ses. org/holartcl/ac/97/ju n/ mol. html www .foresight.org/ConfErences/MNT7/Papers/Cagin3