Etik ve etkili: Hayvansız laboratuvarlar gerçek oluyor!

2022 yılında, ABD Kongresi araştırmalarda hayvan kullanımından uzaklaşmayı destekleyen bir yasa kabul etti. Bu yasa, insanlarda kullanılacak ilaçların önce hayvanlarda test edilmesi gerektiğini belirten kuralı yürürlükten kaldırdı. Günümüzde araştırmacılardan, laboratuvar hayvanlarını içermeyebilecek en etkili yöntemleri bulmaları isteniyor.

Hayvanlar, uzun zamandır bilimin önemli bir parçası olmuştur. Kurbağalar, hücrelerin nasıl iletişim kurduğunu keşfetmede araştırmacılara yardımcı olmuştur. Domuzlar üzerinde yapılan çalışmalar, günümüzde yaygın olarak kullanılan bir teşhis aracı olan BT taramasının geliştirilmesine önayak olmuştur. Sinir sinyallerinin nasıl iletildiğini anlamak içinse kedi, kurbağa ve kuşlardan faydalanılmıştır.

Araştırmacılar yalnızca Amerika Birleşik Devletleri’nde milyonlarca hayvan kullanıyor. Bu canlıların çoğu, yaşamın nasıl işlediğini anlamaya yönelik temel bilim araştırmalarında kullanılıyor. Hayvanlar ayrıca gıdaların ve ilaçların güvenliğini test etmede de önemli bir rol oynuyor. Örneğin, bilim insanları ilaçları insanlara vermeden önce hayvanlar üzerinde deniyor. Şampuan gibi birçok endüstriyel ürünün güvenli olduğundan emin olmak için de hayvan deneylerinden faydalanılıyor. Ancak hayvanlar, bu maddelerin insanlarla nasıl etkileşeceğini incelemek için her zaman en iyi yöntem değildir. Bu durum, birçok bilim insanını alternatif yöntemler araştırmaya yöneltiyor.

Hayvanlara yönelik etik kaygılar, bu arayışın nedenlerinden biridir. Ayrıca, araştırmalarda kullanılan hayvanlar pahalıdır, büyümeleri uzun zaman alabilir ve bakımları oldukça zahmetlidir. Ancak, alternatifler aramak için bilimsel nedenler de vardır. Hayvanlar, insanlar için mükemmel modeller değildir. Nicole Kleinstreuer’un dediği gibi: “Biz 70 kiloluk sıçanlar değiliz.” Kleinstreuer, Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) adlı kuruluşa bağlı çalışıyor. Bu devlet kurumu, çok sayıda tıbbi araştırmayı finanse ediyor. Kleinstreuer, araştırmalarda hayvanlara alternatif yöntemler bulmaya yönelik bir programın başında yer alıyor.

Kleinstreuer’un belirttiğine göre, hayvanlar ilaçlara ve diğer maddelere genellikle insanlardan oldukça farklı tepkiler verir. Örneğin, aspirin çoğu yetişkin için güvenlidir. Ağrıyı hafifletir ve bazı insanlarda kalp krizi riskini azaltmaya yardımcı olabilir. Ancak bu ilaç sıçanlar için toksik olabilir. Bazı ilaçlarda ise durum tam tersidir: Laboratuvar hayvanlarında güvenli görülen bir ilaç, insanlarda işe yaramayabilir veya tehlikeli olabilir. Bazı tahminlere göre, hayvanlarda umut verici sonuçlar gösteren her 10 kanser ilacından 9’u, insanlarda etkili olmamıştır.

Kleinstreuer’un ekibi, diğer hayvanların değil, insan biyolojisine dayalı yeni gelişmeler üzerinde çalışıyor. Bu yaklaşımın, yalnızca daha iyi araştırmalara yol açmakla kalmayıp, aynı zamanda bu araştırmaların daha hızlı ve daha düşük maliyetle gerçekleştirilmesini sağlayacağı öngörülüyor. 2022 yılında, ABD Kongresi araştırmalarda hayvan kullanımından uzaklaşmayı destekleyen bir yasa kabul etti. Bu yasa, insanlarda kullanılacak ilaçların önce hayvanlarda test edilmesi gerektiğini belirten kuralı yürürlükten kaldırdı. Günümüzde araştırmacılardan, laboratuvar hayvanlarını içermeyebilecek en etkili yöntemleri bulmaları isteniyor. Geçtiğimiz 10 Nisan’da, ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) bazı ilaçlar için hayvan testlerinin yerine alternatif yöntemler kullanmaya başlayacağını duyurdu.

1959’dan bu yana, biyoloji araştırmalarında “üç R” olarak bilinen ilke temel hedef olmuştur.
Bu yaklaşım, William Russell ve Rex Burch tarafından ortaya konmuştur. İlk ilke olan “azaltma” (reduction), bilim insanlarından mümkün olduğunca az sayıda hayvan kullanmalarını ister. “İyileştirme” (refinement) ilkesi, deneylerin laboratuvar hayvanlarına en az zarar verecek şekilde tasarlanmasını öngörür. “Yerine koyma” (replacement) ise, mümkün olduğu her durumda araştırmaların hayvanlar dışındaki yöntemlerle yürütülmesini teşvik eder.

Altmış yıl önce, bu üç R ilkesini uygulamak oldukça zordu. Ancak bu durum değişiyor.
Çip üzerindeki mini organlardan, sıçan biyolojisini taklit edebilen yapay zekâya kadar, bilim insanları laboratuvar hayvanlarının ötesine geçen araştırmaları ilerletecek yeni yöntemler geliştiriyor.

Yapay zekâyı verimli şekilde kullanmak

Yapay zekâ (AI) alanındaki gelişmeler, bazı çalışmalarda hayvanlara olan ihtiyacı azaltmaya yardımcı oluyor. Ancak bu, bilimin bizzat yapay zekâ tarafından yürütüldüğü anlamına gelmiyor. Bunun yerine, bilim insanları çalışmalarındaki bazı adımları hızlandırmak veya bu adımların yerini almak için yapay zekâyı kullanabiliyor. Kleinstreuer bunu “artırılmış yapay zekâ” olarak tanımlıyor. Örneğin, araştırmacıların önceki çalışmalara ait ayrıntıları incelemek için bilimsel makaleleri taramaları gerekebilir. Yapay zekâ modelleri genellikle büyük miktarda bilgiyi bizden daha hızlı tarayabilir. Ayrıca bu modeller, kimyasal bileşiklerin birbirleriyle ya da insan hücreleriyle nasıl etkileşime girebileceğini öğrenmek için veri tabanlarını da tarayabilir.

Bu tür analizlere dayanarak, yapay zekâ bir ilaca ya da ürüne insanların nasıl tepki vereceğini öngörebilir. Bu da fayda sağlamayacak ya da sorunlara yol açabilecek bileşiklerin test edilmesi gerekliliğini ortadan kaldırabilir. Bir çalışmada, bir yapay zekâ modeli toksisiteyi değerlendirmek amacıyla 190.000 kimyasalı taradı. Araştırmacıların bildirdiğine göre, doğruluk oranı yüzde 87 idi. Üstelik, tekrar edilen hayvan deneylerinden daha iyi sonuç verdi.

Hayvan deneylerine alternatifler üzerine çalışan merkezin yöneticisi olan Thomas Hartung’a göre yapay zekâ, aşı geliştirme sürecinde de benzer şekilde kullanılabilir. Hartung, Bu merkez, Maryland eyaletinin Baltimore kentindeki Johns Hopkins Üniversitesi’nde bulunmaktadır. COVID-19 aşısını ele alalım. Normalde yeni bir aşının geliştirilip test edilmesi 10 ile 15 yıl sürer. Ancak pandemi hızla yayılırken, araştırmacılar bu kadar uzun süre beklemek istemedi. Bu nedenle, yardım almak için yapay zekâya başvurdular.

Örneğin, bilim insanları bir epitopun (mikrop gibi yabancı bir maddenin küçük bir parçasının) vücudun COVID-19 virüsünü tanımasına yardımcı olabileceğini biliyordu. Ancak hangi epitopların işe yarayacağını bilmiyorlardı. Bu yüzden araştırmacılar, makine öğrenimi tabanlı bir modele birkaç veritabanını taraması için talimat verdiler. Bu veritabanları birlikte yüz binlerce epitop içeriyordu. Bu yapay zekâ, her epitopu araştırmacıların belirlediği kurallara göre değerlendirdi. Belirlenen kriterleri karşılamayanları eledi. Bu kurallar arasında, ilgili bileşiğin bir bağışıklık tepkisi tetikleyip tetiklemeyeceği gibi unsurlar da vardı.

Makine öğrenimi programı, bileşiklerin her 20’sinden 19’unu hızla eledi. Bu da hayvanlar üzerinde test edilmesi gereken bileşik sayısını önemli ölçüde azalttı ve büyük ölçüde zaman ve maliyet tasarrufu sağladı. Araştırmacılar, sonuç olarak bir yıldan kısa sürede iki COVID-19 aşısı geliştirmeyi başardı. Hartung’un eklediğine göre, bu sonuca ulaşılırken daha az sayıda hayvan deneyi kullanıldı. Yapay zekâ, bazı laboratuvar hayvanlarının yerini bile alabilir.

2023 yılında yapılan bir çalışmada, araştırmacılar bazı ilaçların karaciğer hasarı gibi yan etkilere neden olup olmayacağını öngörmek istediler. Bu amaçla, geçmişte 8.000’den fazla sıçanın kullanıldığı ilaç çalışmalarından elde edilen verilerle eğitilmiş bir yapay zekâdan faydalandılar. Ayrıca bu yapay zekâya, ilaçların kimyasal yapılarına dair veriler de sağladılar.

Daha sonra araştırmacılar, yapay zekâdan üç benzer yeni ilaca sıçanların nasıl tepki vereceğini tahmin etmesini istediler. Yapay zekânın canlı organizmalara ihtiyacı yoktu; yalnızca 100.000 sanal sıçan kullandı. Ve yaptığı tahminler, araştırmacıların gerçek sıçanlarla yaptıkları testlerde elde ettikleri sonuçlarla neredeyse birebir örtüştü. Gelecekte, yapay zekâ ilaçların insanlarda oluşturabileceği yan etkileri ya da en uygun dozları öngörmek için de kullanılabilir.

Mini organ modelleri

Bazı testlerin tüm bir hayvan üzerinde yapılmasına gerek yoktur; sadece tek bir organ ya da doku türü yeterli olabilir. Geçmişte bu dokular genellikle hayvanlardan alınarak elde edilirdi. Günümüzde ise bazı bilim insanları bunun yerine küçük “çip üzerindeki organlar” (organ-on-a-chip) geliştirmeye başladı. Bunlar biraz bilgisayar çiplerine benzer. Ancak elektronik devreler yerine canlı doku içerirler. Bilim insanları, hücreleri üç boyutlu yazıcılarla doğrudan çip üzerine katmanlar hâlinde ya da belirli desenlerde basabilir. Bu minik çipler, organların ya da diğer dokuların tepkilerini taklit edebilir.

Kleinstreuer’a göre bunlar, bu alandaki en heyecan verici gelişmeler arasında yer alıyor. “Bir çip üzerinde karaciğer, akciğer, hatta minyatür bir beyin bile oluşturabilirsiniz.” diyor. En büyük avantajlarından biri ise bu yapıların laboratuvar hayvanlarından değil, insanlardan alınan hücrelerle üretilebiliyor olması.

Y. Shrike Zhang, Massachusetts eyaletinin Cambridge kentindeki Harvard Tıp Fakültesi’nde çip üzerinde organlar geliştiriyor. Zhang’ın çipleri, birden fazla hücre türünü bir araya getirebiliyor. Bu sayede, vücuttaki dokuları etkileyen kan akışı ya da diğer özellikler taklit edilebiliyor. Zhang’a göre, bu minyatür organlar hatta hareketleri bile taklit edebiliyor. Örneğin, çip üzerindeki akciğerler nefes alıp verir gibi hareket ederken, çip üzerindeki kalpler atabiliyor. Bu tür çiplerin boyutu ise genellikle birkaç kartın üst üste konmuş hâli kadar oluyor.

Zhang’a göre bilim insanları, bu çipleri insan organlarını mümkün olduğunca yakından taklit edecek şekilde tasarlıyor. Yine de, bunlar gerçek organların sadece birer modeli. Ancak şaşırtıcı bir şekilde, Zhang, “Pek çok durumda, bu çipler hayvan modellerinden daha iyi performans gösterebiliyor.” ifadelerini kullanıyor. Örneğin, ilaçların ya da ürünlerin güvenliğini test etme konusunda daha başarılı olabilirler. Zhang, insanların kimyasalları laboratuvar hayvanlarından farklı şekilde işleyebileceğini açıklıyor. Bu yüzden, insan dokusuyla (çip üzerindeki organlarla) yapılan testler, bizim için oluşabilecek riskleri daha doğru bir şekilde gösterebilir. Üstelik, hayvanlar Alzheimer ve Parkinson gibi bazı insan hastalıklarına yakalanmaz. Bu da bu hastalıkları ve onlara yönelik tedavileri hayvanlar üzerinde incelemeyi zorlaştırır.

Yakın zamanda yaşanan pandeminin başlarında, büyük bir araştırma ekibi COVID ile mücadele edecek ilaçları bulmak amacıyla akciğer çip modellerini kullandı. Organ çipleri, hamsterlar üzerinde yapılan testlerle aynı sonuçları verdi. Bu da, gelecekteki pandemilerde hayvan kullanmadan hızlıca tedavi bulmak için bu tür çiplerin yararlı olabileceğini gösteriyor. Bilim insanları şu anda bu minyatür organları birbirine bağlamanın yolları üzerinde çalışıyor. Bu sayede, bir organdaki değişikliklerin başka bir organı nasıl etkileyebileceği incelenebilecek. Kleinstreuer, “Bu alanda çok hızlı bir ilerleme görüyoruz.” sözlerini dile getiriyor.

Bu organ taklitlerini birbirine bağlamanın bir yolu, hepsini tek bir çip üzerine yerleştirmektir. Zhang şöyle açıklıyor: “Çipin üzerine küçük bölmeler oyabilirsiniz ve bu alanlar arasında bağlantılar kurabilirsiniz. Ya da, her organı ayrı bir çip üzerinde tutup bunları tüplerle birbirine bağlayabilirsiniz.”

Kleinstreuer, bir gün “çip üzerinde bir beden”e sahip olacağımızı öngörüyor. Üstelik bu beden, sizin birebir kopyanız bile olabilir. “Nasıl ki bir sıçan insan için mükemmel bir model değilse, bir insan da her zaman başka bir insan için mükemmel bir model değildir.” diyor. İşte bu yüzden, bilim insanları bu çipleri kişiye özel hâle getirmek için çalışıyor. Bunu gerçekleştirebilmek için, teknolojinin hücreleri gelişim süreçlerinde geriye götürmesi gerekir. Bu tür bir “yeniden programlama”, kök hücrelerin (her türlü dokuya dönüşebilecek hücrelerin) elde edilmesini sağlar.

Bu şekilde yeniden programlanan hücreler, hâlâ size özgü genetik yapıyı taşır. Bu kök hücreler, seçilen bir dokunun karmaşık üç boyutlu modelini oluşturmak için kullanılabilir. Böylece bilim insanları, belirli bir ilacın ya da başka bir tedavinin belirli bir birey üzerinde nasıl etki göstereceğini görebilir.

Deri ve kemikler

İngiltere’deki Birmingham Üniversitesi’nde sağlık teknolojileri alanında araştırmalar yürüten Liam Grover, hayvanlar üzerinde araştırma yapmanın kendisi için her zaman zorlayıcı olduğunu söylüyor. Deri üzerine çalışan Grover, insan derisine en çok benzeyen derinin yalnızca bir hayvanda bulunduğunu belirtiyor: “O da domuz.” diyor. Yine de, Grover’ın üzerinde çalıştığı hastalık için domuzlar bile iyi bir model oluşturmaz. Bu hastalığın adı EB (epidermolysis bullosa). EB hastalığına sahip kişilerde, cilt katmanlarını birbirine tutunduran molekül bulunmaz. Bu nedenle, en hafif cilt yaralanmaları bile son derece ağrılı kabarcıklara ve kalıcı yara izlerine yol açar. Grover’a göre, EB’nin ağır formlarına sahip kişiler yirmili yaşlarına gelmeden hayatlarını kaybedebilir.

Domuz derisinin yapısı, insan derisinden biraz farklıdır. Bu nedenle Grover ve ekibi, araştırmaları için daha iyi bir model oluşturmak üzere çalışmalara başladı. Bu yapı, çip üzerindeki deri benzeri bir sistemdir; ancak çok daha büyüktür. Yalnızca domuz kullanımını ortadan kaldırmakla kalmaz, aynı zamanda insan derisinin bir parçasını çok daha gerçekçi şekilde taklit eder. “Biz bunu aslında deri yerine kullanılmak üzere üretmişti.” diyor Grover. “Şimdi ise başka araştırmacılar bunu ülser gibi kronik cilt yaralarını incelemek için kullanıyor.”

Grover, ayrıca minyatür bir kemik modeli de geliştirdi. Bu model, laboratuvarlarda daha önce kullanılanlara göre gerçek kemikleri çok daha iyi taklit ediyor. Grover, bu modeli kemiklere zarar verebilecek ilaçları taramak için kullanabiliyor. Ayrıca, uzayda olduğu gibi yerçekimsiz ortamın kemikler üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla da bu modeli kullanıyor.

Geçmişte bu tür çalışmalar maymunlar ve kemirgenler gibi hayvanlar kullanılarak yapılıyordu. Ancak Grover, modelini NASA’nın yerçekimsiz ortam simülatörüne yerleştirdiğinde, daha önceki hayvan çalışmalarında gözlemlenen türde kemik kaybı ortaya çıktı. Bu da, geliştirilen yeni modelin gelecekteki deneylerde hayvanların yerini alabileceğini gösteriyor. Grover, bu modelin vücudun kırık kemikleri nasıl onardığını incelemek gibi başka potansiyel kullanım alanları da olduğunu düşünüyor.

Tıpkı diğer çip üzerindeki organlar gibi, Grover’ın modelleri de gerçeğinin birebir taklidi değil. Örneğin, hâlâ diğer organlarla bağlantılı şekilde çalışmaları gerekiyor. Grover’a göre böbrekler, kemikler üzerinde büyük bir etkiye sahip. “Kemik modeliyle birlikte çalışan bir böbreği laboratuvar ortamında geliştiremedikçe,” diyor. “Bu etkileşimi tam anlamıyla kavrayamayacağız.”

Hayvan araştırmalarını tamamen ortadan kaldırabilecek miyiz? Kleinstreuer’a göre, kısa vadede bu pek mümkün görünmüyor. Yine de, kullanılan hayvan sayısını büyük ölçüde azaltabileceğimiz bir geleceğe doğru ilerlediğimizi söylüyor. Kleinstreuer’ın çalıştığı NIH (Ulusal Sağlık Enstitüleri), bu konuyu öncelikli hâle getirmiş durumda. Kleinstreuer, önümüzdeki beş ile on yıl boyunca laboratuvar hayvanlarına alternatifler üzerine daha fazla araştırmayı desteklemek amacıyla milyonlarca dolarlık bütçe ayıracak bir programın planlanmasına yardımcı oldu. Bu değişikliklerin, insan biyolojisine dayalı daha iyi sistemler ortaya çıkaracağını söylüyor. Ve buna ek olarak şöyle diyor: “Bu, sadece daha iyi bir bilim demektir.”

Kaynakça: https://www.snexplores.org/article/research-tech-replace-lab-animals (Son erişim tarihi: 27/06/2025)