Uzay Eczacılığı

Dünya Eczacılar Günü, 2009 yılında İstanbul’da düzenlenen Dünya Eczacılık Kongresi’nde; Uluslararası Eczacılık Federasyonu’nun kuruluş tarihi olan 25 Eylül tarihini “Dünya Eczacılar Günü” olarak belirlenmesi ile tüm dünyada ortak olarak kutlanmaya başlanmıştır.

Dünya Eczacılar Günü; eczacıların sağlığın iyileştirilmesindeki rolünü tüm dünyada tanıtmak, savunmak ve sağlığı iyileştirmedeki rolünü savunan faaliyetlerini teşvik etmek amacıyla kutlanmaktadır.

İlacın en uygun şekilde insanlara ulaştırılmasının her aşamasıyla ilgilenen eczacılık mesleği, doğrudan insan sağlığıyla ilgilendiği için insanlık tarihi kadar eskidir.

Geçmişten günümüze teknolojik gelişmelerle mesleğin uygulanması her ne kadar değişse de amacı her zaman insan sağlığına fayda sağlamak olmuştur.

MoEP Uzay Eczacılığı Ekibi olarak günümüzün teknolojik gelişmeleri ve ihtiyaçları doğrultusunda eczacılık alanında kendine yer edinen Uzay Eczacılığını tanıtmak ve gelişimine katkı sağlamak için yola çıktık.

Uzay eczacılığı, eczacılık prensiplerini uzay koşullarına entegre eden, astronotların ve gezegenler arası bir tür olma yolunda ilerleyen insanlığın şimdiki ve gelecekteki uzayla bağlantılı sağlık problemlerine çözümler üreten, uzayın sağlık araştırmalarına sağladığı avantajlardan yararlanan ve bu amaçla diğer disiplinlerden de destek alan bir eczacılık dalıdır.

Bu tanım doğrultusunda uzay eczacılığı kapsamına giren konulardan birkaçını bu yazımızda özetledik. Bu konularla ilgili daha detaylı içerikler için takipte kalın.

Uzay Farmakolojisi

İnsan vücudu Dünya ortamındaki 1G kuvvetle birlikte kozmik ışınlardan korunmasını sağlayan bir atmosfer ve manyetik alana sahip bir gezegende yaşamaya adapte olmuştur. Uzay ortamında bunların var olmaması ise bazı fizyolojik değişikliklere sebep olacaktır.

Gerçekleşen bu fizyolojik değişiklikler sonucunda ilaçların farmasötik etkilerinin de değişmesi muhtemeldir. NASA, uzay yolculuğu risklerinden biri olan ilaçlı tedavinin başarısızlığını önlemek için eczacılık laboratuvarında Dünya’daki farmasötik etkiyi uzay ortamına uyarlamaya çalışmaktadır.

Uzay ortamında kullanılan ilaçların vücutta absorbsiyonu (emilim), dağılması, metabolizması, eliminasyonu (atılım) gibi farmakokinetik özellikleri ve daha birçok özelliği Dünya ortamında çalışılmış olup yerçekiminin olmadığı ortamlarda ya da mikro yerçekimi ortamında detaylı olarak araştırılmamıştır ve şimdiye kadar yapılan çalışmalar Alçak Dünya Yörüngesinde yürütülmüş, çoğunlukla kısa zamanlı çalışmalardır.

Uzay uçuşlarında ilaçların yapı, aktivite ve hatta tedavi etkinliklerinin değişebileceği ve uzay turizminin gelişmesiyle birlikte astronotlara uygulanan sağlık testlerini geçmek zorunda kalmadan daha fazla sivil insanın uzaya seyahat edeceği gerçeği göz önünde bulundurulduğunda, gelecek yıllarda gerçekleştirilmesi planlanan Ay ve Mars keşifleriyle radyasyon maruziyeti, sınırlı iletişim ve acil hastaların tahliyesi gibi problemlere çözümler ve önlemler geliştirmek, kara tedavilerini benzersiz uzay ortamına uyarlamak ve tedaviyi optimize etmek adına uzay uçuşunun insan fizyolojisine etkilerini ve uzay farmakolojisini daha ayrıntılı anlamamız gerektiği görülmektedir.

Uzay tutması, kemiklerin demineralize olması ve kas kaybı görülen fizyolojik değişikliklerden bir kısmıdır. Kemik demineralizasyonu ve kas kaybı ile seyreden ağırlık kaybına karşı NASA, mürettebata yeterli kalori, kalsiyum ve D vitamini içeren bir diyet ile birlikte bir egzersiz ekipmanı ve protokolü sağladı.

Bu önlemlerin birçok ekip üyesi üzerinde etkili olduğu kanıtlandı. Potansiyel bir alternatif veya tamamlayıcı tedavi olarak, bir bifosfonat osteoporoz ilacı da test edilmiş ve uzay uçuşu görevleri sırasında, özellikle egzersizle birleştirildiğinde kemik mineral yoğunluğunun korunmasında etkili olduğu da bulundu.

İlaç Stabilitesi

Stabilite, saklama ve kullanım süresince bir ürünün özelliklerinin belirlenmiş limitler içerisinde kalması, ambalajlandığı tarihteki özelliklerini sürdürebilmesidir.

Bir ilacın stabil sayılabilmesi için fiziksel ve kimyasal özelliklerini zaman içinde koruduğu, aktif bileşenlerinde önemli bir değişiklik olmadığı, toksik veya orijinal ilacın farmasötik özelliklerini değiştiren önemli bozunma ürünleri geliştirmediği gösterilmelidir.

Depolama, çevresel maruziyet veya zaman içerisinde aktif bileşen konsantrasyonunun farmakopelerde (ulusal veya bölgesel bir otorite tarafından yayınlanan, farmasötik ürünler için standartlar ve kalite spesifikasyonları ile hazırlanan, bilimsel ve yasal dayanaklı bağlayıcı referans kaynaklar) belirtilen gereksinimleri karşılamaması durumunda, bir ilaç bozunmuş veya kararsız olarak kabul edilecektir.

Aktif bileşenlerdeki değişiklikler veya bozunma ürünlerinin gelişmesi, ilacın etkisini ve etkinliğini değiştirerek ilacı etkisiz veya potansiyel olarak tehlikeli hale getirir.

Resim-1. İlaçların son kullanma tarih etiketleri örneği. (Image Credit: Electrojet)

Mikro yerçekimi, aşırı titreşim, sert vakum, nem değişimi, sıcaklık farklılıkları ve aşırı radyasyon gibi benzersiz koşullara maruz kalan ilaçların stabilitesi karasal faktörlere veya 1 G ortamına dayalı ilaç stabilite kılavuzlarıyla değerlendirilemez.

Nitekim, uzaydaki ilaçların stabilite çalışmalarından elde edilen sınırlı veriler, karasal koşullar altında uzun süreli stabilite sergileyen bazı ilaçların uzay ortamına maruz kalmalarıyla stabilitelerinin değişebileceğine dair kanıtlar sunmuştur.

Uzay radyasyonu, ultraviyole ışınlar ve doğal kimyasal elementlerin radyoaktif bozulması gibi iyonlaştırıcı radyasyon kaynaklarının yanı sıra, galaktik kozmik radyasyon ve güneş parçacık olayları gibi Dünya’da bulunmayan çeşitli radyasyon türlerini de içerir.

Bunların her biri, farklı enerji bileşimlerine sahip farklı parçacıklar içerir. Dolayısıyla uzun süreli LEO (Low Earth Orbit – Alçak Dünya Yörüngesi) görevleri Dünya’nın uzay radyasyonuna karşı kalkan görevi üstlenen manyetik kalkanının içerisinde kaldığından derin uzay radyasyonunun ilaçlar üzerindeki etkilerini anlayabilmek için yeterli olmayabilir.

Su bazlı formülasyonlarda serbest radikal oluşumu, substrat ve yardımcı maddeler arasındaki etkileşimlerin olasılığı, substratın eksik çözünmesi, çözünmüş bileşiklerin kristalleşmesi ve zaman içinde ilaç süspansiyonlarındaki diğer değişikliklerin gerçekleşmesi için daha büyük potansiyel olduğu ve hidroliz reaksiyonlarının da daha sık görüldüğü dikkate alındığında sıvı farmasötikler genellikle katı veya toz halindeki ilaçlardan daha az stabil olarak kabul edilir.

Bunun yanı sıra bazı çalışmalarda sıvı formülasyonlara göre toz veya katı ilaçlarda daha uzun süre serbest radikal varlığına yol açan yardımcı maddeler rapor edilmiştir.

Kısacası, herhangi bir formülasyondaki ilaçların, uzay radyasyonunun benzersiz niteliklerine nasıl tepki verebileceği belirsizdir, çünkü bu tür tepkiler aslına uygun olarak çalışılmamıştır.

Uzay radyasyonunun sebep olduğu kimyasal degredasyonun (bozulma) yanı sıra uzay aracı havalanırken gerçekleşen aşırı titreşim ve mikro yerçekimi ortamı da sıvı dozaj formlarının stabilitesini etkileyen faktörlerdendir. Emülsiyonların çok hızlı ve fazla çalkalanması emülsiyonlarda parçalanmaya ve faz ayrılmasına sebep olabilmektedir.

Bütün bunlar göz önüne alındığında, uzay ortamına dayanıklı ilaç formülasyonlarının geliştirilmesinin gerekli olduğu görülmektedir.

Bunun için stabiliteyi artırıcı yardımcı maddelerin formülasyona eklenmesi veya mikro ve nano formülasyonlar gibi yeni taşıyıcı sistemlerin kullanılması stratejileri, literatürde önerilmiştir.

İlaç Üretimi

Derin uzay araştırmalarında, ilaçların Dünya’dan ikmal edilmesi mümkün olmayabilir. İlaçların sınırlı raf ömrü ve uzay ortamındaki özel koşullara maruz kalmaları nedeniyle daha hızlı bozulmaları gemide depolanan ilaçlara güvenmeyi neredeyse imkansız hale getirir.

Ayrıca, uzay yolculuğu sırasında ilaçların değişen farmakokinetiği göz önüne alındığında, bir hastanın bireysel ihtiyaçlarına göre uyarlanmış kesin bir dozda ilaç üretilmesi ve uygulanmasını kolaylaştıran teknolojilerin kullanılması gerekmektedir.

Teknolojik ilerlemelerin ötesinde, uzay araçlarında üretilen ilaçların kalitesini sağlamak için sağlam bir ilaç düzenleme sistemi kurulmalıdır.

Uzayda istenilen zamanda ilaç üretebilmek için alternatif üretim yöntemlerini keşfetmeye ihtiyaç vardır. Bunun nedeni, geleneksel ilaç imalatının, bir uzay aracının kısıtlı alanı ve yük limitleri göz önüne alındığında kullanılması pek mümkün olmayan tablet presi ve kapsül dolum makineleri gibi ağır makinelerin kullanımını içermesidir.

Alternatif süreçler ve bunlara karşılık gelen makineler, mikro yerçekiminde ve değişen derecelerde yerçekimi kuvvetinde çalışacak şekilde uyarlanmalıdır.

Stratejiler, dozaj formlarının hazırlanmasıyla sınırlı kalmamalı, aktif farmasötik bileşenlerin kimyasal sentezinden başlayarak tüm ilaç üretim sürecini kapsamalıdır.

Terapötik moleküllerin istenilen yerde sentezi için Kimyasal Bilgisayar (Chemputer), Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı’nın (Defense Advanced Research Projects Agency – DARPA) Talep Üzerine Eczane (Pharmacy on Demand – PoD), Talep Üzerine Biyolojik Olarak Türetilmiş İlaçlar Sistemi (Biologically derived Medicines on Demand – Bio-MOD) ve sentetik biyoloji platformları gibi terapötik moleküllerin yerinde sentezi için çok sayıda yaklaşım araştırılmış ve geliştirilmiştir.

Resim-2. Bir kimyasal bilgisayar sistemi. (Image Credit: Cronin Group, School of Chemistry, Glasgow)

Kimyasal Bilgisayar, modüler bir kimyasal robot sistemi kullanarak ilaç moleküllerini sentezlemek için yeni bir yöntemi temsil eder.

PoD girişimi, hem sentez hem de nihai ilaç ürünü formülasyonunu aynı birimde birleştiren, yeniden yapılandırılabilir ve mobil bir cihaz yaratmayı amaçlamaktadır.

Öte yandan, Bio-MOD sistemi, bakım noktasında 24 saatten daha kısa sürede küçük dozlarda terapötik proteinler üretmek üzere tasarlanmıştır.

Cihaz, yeniden yapılandırılmış liyofilize Çin hamsteri yumurtalık hücrelerinin ribozomal DNA’sından hedef proteinlerin in vitro translasyonu için bir modül içerir ve entegre kalite kontrolü ile protein saflaştırması için başka bir modüle bağlanır.

Benzer şekilde, sentetik biyoloji, terapötik proteinler ve biyolojik tabanlı malzemeler gibi yüksek değerli ürünler üretmek için organizmaları yeniden tasarlamayı amaçlayan gelişmekte olan bir disiplindir.

Mikroorganizmaları biyofabrikalar olarak hizmet edecek şekilde dönüştürme yeteneği, biyolojik ilaç üretimi için yeni seçenekler sunmaktadır.

Resim-3. Uzay eczacılığı ve uzayda ilaç üretim süreci. (Created with BioRender.com)

İlaçların hazırlanmasının ardından, hasta güvenliğini ve klinik etkinliği garanti altına almak için elde edilen dozaj formlarının ve ilaçların kalitesinin temin edilmesi esastır.

Geleneksel olarak, Dünya’daki büyük ölçekli üretim süreçlerinde kullanılan kalite kontrol (QC) testleri, hidroliz, oksidasyon ve fotoliz gibi abiyotik bozunma süreçlerini hızlandırarak raf ömrünü belirlemeyi ve yan ürünleri tanımlamayı amaçlar.

21. yüzyıl uzay yarışı, bilim ve teknolojide çok geniş kapsamlı ilerlemeler getirecek. Özellikle, dünya dışı uygulamalar için geliştirilen teknolojiler, Dünya’daki ulaşılması zor alanlarda da konuşlandırılabilir.

Örneğin, kırsal bölgelerdeki izole köyler ve askeri sahra hastaneleri, daha az kaynak veya yerel kaynaklı malzemeler kullanarak istenilen yerde ilaç ve tıbbi cihaz üretimine olanak tanıyan teknolojilerden yararlanabilir ve böylece ilaç üretimi kendi kendine sürdürülebilir hale gelebilir.

Başlangıçta uzayda kullanılmak üzere geliştirilen ancak daha sonra Dünya’da da kullanılan teknolojilerin örnekleri arasında yapay uzuvlar, insülin pompaları, koklear implantlar, kızılötesi kulak termometreleri ve görünmez diş telleri sayılabilir.

Bu nedenle, yenilikçi tıbbi teknolojilere yapılan yatırımlar, hem insanlığın derin uzaydaki emellerini desteklemede hem de Dünya’daki sağlık hizmeti sunumunu iyileştirmede fayda sağlayabilir.

Uzay Eczacılığı ve Sağlık Araştırmaları

Uluslararası Uzay İstasyonu, hem uzayda hem de Dünya’da insan sağlığını etkileyen araştırmalar yapmak için eşsiz bir laboratuvardır.

Uzay istasyonu yaşlanma, travma, hastalık ve çevre ilişkisi gibi insan sağlığının belirli yönlerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayan araştırmaları desteklemektedir.

Birçok biyoloji ve insan fizyolojisi araştırması, normalde yerçekimi tarafından maskelenen temel fizyolojik süreçlerin daha iyi anlaşılması ve astronot sağlığını desteklemek için yeni tıbbi teknoloji ve protokollerin geliştirilmesi ile ilgili önemli sonuçlar vermiştir.

Teletıp ve teleeczacılık alanındaki gelişmeler, hastalık modelleri, psikolojik stres yanıt sistemleri, beslenme, hücre davranışı ve çevre sağlığı, uzay istasyonunun benzersiz mikro yerçekimi ortamından elde edilen faydalardan sadece birkaçıdır.

NASA’nın çalışmakta olduğu sağlık problemlerinden bazıları, uzay uçuşunda kemik kaybını önleme, kanser tedavisi geliştirme çalışmaları, aşı ve ilaç geliştirme platformları, yapı aydınlatılmasında kullanılmak üzere protein kristalizasyonu deneyleridir.

Bunun yanı sıra Nottingham Üniversitesinin kendilerine Pharmanaut adını verdikleri Uzay Eczacılığı ekibinin araştırma konusu olarak belirlediği hedeflerden bazıları da aşağıda sıralanmıştır.

• Mars’a hayat göndermek için yaşam destek teknolojileri geliştirmek.
• Derin uzayda kullanım için fizyolojik işlevli mikro sensörler geliştirmek.
• Kemiklerden kalsiyum kaybı ve böbrek taşı üretimini doğru ve invaziv olmayan bir şekilde takip edebilmek.
• Bakterilerin uçuşta neden daha öldürücü olduğunu ve antibiyotiklerin neden daha az etkili olduğunu keşfetmek.
• Mikro yerçekiminin bağışıklık hücrelerinin davranışında neden ve nasıl önemli değişikliklere yol açabildiğini keşfetmek ve farmakolojik olarak bağışıklık hücrelerinin işlevini iyileştirebilmek.
• Biyofarmasötiklerin yerinde üretimi için ekstremofillerden hücresiz protein ekspresyon sistemleri geliştirebilmek.
• Hücresiz ve aşırı koşullarda protein ekspresyonunu talep üzerine küçük moleküllerin eldesi için enzimler üretmek üzere geliştirebilmek.
• Nutrasötikler üretmek için hücresiz ekspresyon sistemlerini kullanabilmek.
• Nutrasötik, ilaç veya aşı üretimi sonrasında gerçek zamanlı kalite kontrol sağlayabilmek.
• Uzaktan üretildiğinde ilaçların kalite ve güvenliğini sağlayabilmek.
• Beslenme ve sıvı dağılımı, kas ve kemik kütlesi, gastrointestinal mikrobiyom, enzimler ve bağışıklık sistemi düzenlemesindeki değişikliklere bağlı olarak farmakokinetik ve farmakodinamikteki değişiklikleri ölçmek.
• 3D baskıyı bireysel olarak farmakokinetik/farmakodinamiğe özel ilaçlar oluşturmak için kullanmak ve böylelikle kişiselleştirilmiş tıp uygulamalarının gelişimine katkı sağlamak.
• Hücresiz ifade veya 3D baskıda kullanılmak üzere atıkları hammaddeye dönüştürmek ve bunun için sentetik biyoloji kullanmak.
• Uzay turizmi ile ilgili sağlık ve ilaç güvenliği sorunlarını belirlemek ve çözmek.

Görüldüğü üzere sağlıkla ilgili her alanda olduğu gibi gerek uzayla ilişkili sağlık problemlerinde gerekse de uzay ortamında yürütülen sağlık çalışmalarında eczacılara ihtiyaç vardır.

Sözlerimizi Apollo 8 mürettebatından William Alison Anders’in uzay çalışmalarının Dünya için önemini vurgulayan sözleriyle noktalamak isteriz.

“We came all this way to explore the Moon, and what we discovered was the Earth.”
“Bunca yolu Ay’ı keşfetmek için geldik ve keşfettiğimiz şey Dünya’ydı.”