Elektrik Elektrik Mühendiliği Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Haluk Külah ve ekibinin biyo-MEMS ve enerji üreteçleri alanındaki çalışmalarının sonucunda geliştirdikleri enerjisini kendi üreten koklear implant projesi ERC desteği almaya hak kazandı.

ERC projesinin temelde bir işitme cihazı olduğuna söyleyen Prof. Dr. Haluk Külah; enerji toplama işini yapan kulak içindeki bir sistemin, gelen akustik sinyali elektrik enerjisine çevirerek koklear implantın çalışmasını sağlayan sistem üzerine çalıştıklarını belirterek şu şekilde devam etti:

"Sağlıklı bir insanın işitme sürecinde; dışarıdan akustik sinyal geliyor, kulak zarını titreştiriyor, kemikler titreşiyor ve titreşim salyangoza aktarılıyor. Salyangozun içindeki tüycükler titreşiyor ve bu tüycükler elektro-kimyasal olarak siniri uyarıyor. Kulaktaki salyangoz denen parçanın içinde yer alan ve sesle titreştiği zaman sinirleri uyarıp duymayı gerçekleştiren ufak tüycüklerin kaybolması veya doğuştan olmaması; pek çok farklı şekli olan işitme kaybının en yaygın türlerinden birini oluşturuyor. Bu sorunun şu anki çözümü standart koklear implant. Bu sistemde, dışarıda bir alıcı var, içeride de bir parçası var, sinyali dışarıdan içeriye RF (radyo frekansı) olarak aktarıyor, salyangozun içine bir elektrotla girerek tüycüklerin yerine elektriksel uyarım yapıyor fakat sistemin pilinin her gün değişmesi gerekiyor. Dışarıda parça olduğu için de kullanımda zorluklar yaratabiliyor, özellikle gençler bu sistemi kullanmak istemiyor. ERC projesinin amacı tüm bu işlemlerin kulak içinde yapılmasını sağlamak."

Çalışmanın prensibi; piezo-elektrik malzemeden yapılmış yapay tüycüklerin akustik sinyalle titreşerek ürettiği voltajın ilgili siniri uyarmasına dayanıyor. Her biri ayrı bir frekansa duyarlı sekiz adet kanal sayesinde daha geniş bir bantta duyma sağlanıyor. Çipin üst kısımda pili şarj etmek için özel bir parça mevcut. Hastanın duymadığı ya da şarj süresince duyusuna kapatılmış bir frekansta yüksek tonda sinyal verildiğinde bu parça titreşerek pili şarj ediyor. Prof. Külah bu sistemin nasıl çalışacağını şöyle anlattı: "Duyma problemi olan kişi, gece kulaklığı kulağına takacak, bir cep telefonu uygulaması yoluyla duymadığı tondan bir ses alacak, o sesle pil şarj olacak ve sabah kalkıp cihazı kullanmaya devam edecek."

Projelerinin şu andaki koklear implant sistemlerinin çalışma prensibini tamamen değiştirdiğini ifade eden Prof. Külah; ERC projesini kazanmalarına; sundukları bilimsel raporda bunun çok zor fakat uygulanabilir olduğunu ve başarırlarsa koklear implant teknolojisinde her şeyin değişerek yeni bir çığırın açılacağını göstermelerinin katkıda bulunduğunu söyledi.

Prof. Dr. Haluk Külah ERC 'ye yaptığı ilk iki başvurunun reddedilmesinin ardından, bu başvuru ile ilgili araştırma konusunda ODTÜ Teknokent'te bir spinoff bir şirket kurarak kanser araştırmalarına devam ettiklerini, üçüncü başvuruda ise araştırma konusunu, kandan kanser teşhisi yapan sistemlerden kulak içi işitme sistemlerine çevirdiklerini, koklear implantı projeye dahil ederek Brüksel'de yapılan mülakata davet edildiklerini, iyi bir puan almalarına rağmen desteklenecek projeler arasına giremediklerini söyledi. Son başvuruda ise panelin birinci projesi olarak ERC desteği aldıklarını belirtti. Bu durumun Avrupa Birliği proje başvurularında sık yaşandığını, çalışmaya azimle devam etmek gerektiğini vurgulayan Prof. Dr. Külah; ERC'nin uzağı hedefleyen, teknolojiyi tamamen kökünden değiştirecek ama uygulanabilir projeleri destekleyen, rekabetçi bir yapı olduğunu sözlerine ekledi. Prof. Dr. Külah, ayrıca projenin hazırlanmasında takım olarak çalıştıklarını, Dr. Özge Zorlu ve Dr. Ebru Özgür'ün hem fikrin olgunlaştırılması hem de yazım aşamalarında desteğinin çok değerli olduğunu belirtti.

ERC'nin çok rekabetçi bir proje desteği olduğunu kaydeden Dr. Külah sözlerini şöyle sürdürdü: "Yaklaşık %10 ile %15 arasında kabul oranı var. Türkiye'den bizim aldığımız döneme kadar toplamda 11 kişi, elektronik mühendisliğinden sadece 2 kişi vardı ve bunların hepsi özel üniversitedendi. ODTÜ olarak bir devlet üniversitesinden ilk kez proje desteği alan biz olduk. Dolayısıyla bu destek daha anlamlı ve güzel."

Projenin çıkış hikayesine de değinen Dr. Külah; Gazi Tıp Fakültesi'nden Prof. Nebil Göksu'nun kendileriyle irtibat kurarak, koklear implant ameliyatları yaptığını fakat bunun daha kompakt bir sistem olması gerektiğini anlattığını ve beraber çalışmaya başladıklarını; uzun süre beraber çalıştıklarını ve geliştirmeyi hedefledikleri sistemin patentini aldıklarını belirtti. Bu patent şu anda Avrupa ve Türkiye'de geçti, Japonya ve ABD'de de süreç devam ediyor. 2016 yazında kaybettiğimiz Dr. Göksu'nun projeden doğacak ürünün markası olarak "Ata" isminin kullanılmasını arzu ettiğini belirten Külah; "Hocamızın vefatı ekibimize ayrı bir sorumluluk yükledi." dedi.

Dr. Külah proje amaçlarının; beş sene içerisinde cihazı prototip olarak ortaya koymak ve hayvan deneylerini yapmak olduğunu, ama daha uzun vadede; kanser araştırmalarında olduğu gibi bir spin-off şirketle ticarileşmesi için çabalamak istediklerini vurguladı. ERC projesinin avantajıyla kalabalık bir ekip olarak çalıştıklarını söyleyen Külah şöyle devam etti: "Toplamda dokuz kişilik bir çalışma grubumuz var. Kanada'dan gelen, malzeme mühendisliği alanında çalışan bir doktora sonrası araştırmacısı arkadaşımız (Dilek Işık) var. Üretimleri yapan biri makine mühendisi diğeri elektronik mühendisi iki öğrenci (Aziz Koyuncuoğlu, Bedirhan İlik); elektronik arayüzün tasarlanması konusunda çalışan öğrenciler (Hasan Uluşan, Salar Chamanian, Ahmet Efe); kulak zarı modellemesi ve paketleme konularında çalışan iki öğrenci (Parinaz Ashrafi, Alper Kaan Soydan) var. Gazi Üniversitesi'nden tıp doktorlarıyla da beraber çalışıyoruz."

Diğer Projeler

Külah, ABD'den Türkiye'ye döndüğü ilk dönemde, ODTÜ Biyoloji Bölümü ile çip üzerinde DNA mutasyonu analizi yapma konusunda çalıştıklarını anlattı. Bu çalışmanın öneminin, hali hazırda bu taramayı yapan fakat, büyük, çok zaman alan, maliyeti daha fazla, hassasiyeti daha az olan büyük ölçekli elektroforez sistemleri yerine; çip üzerinde, daha kısa zamanda, daha ucuza sonuç veren bir elektroforez sistemi getirmesi olduğunu vurguladı. Daha sonraki çalışmalarında da hücreyle ilgilenen Prof. Dr. Külah; kanser gibi hastalıkların teşhisi ya da kansere yakalanmış bir hastanın rutin kontrolünde metastaz olasılığını tarama gibi hücre ayrıştırma ve sayma, yani erken teşhis ya da metastaz öncesi teşhis anlamına gelen, dünyanın şu anda üzerinde çalıştığı çok önemli, temel bir problemi çözmeye yönelik çalışmaları yine disiplinlerarası (biyoloji, tıp, makine mühendisliği, kimya, elektrik-elektronik mühendisliği alanlarında çalışan) bir ekiple yürüttüklerini söyledi. Bu alanda sekiz ana patent ve bunların farklı ülkelerden alınan patentleriyle toplamda 23 kadar patent sahibi olduklarını dile getiren Külah bir başka çalışmasını şu şekilde özetledi:

"Hücre ayrıştırmayla başlayan çalışmamızı bir sonraki aşamada; kemoterapiyi yönlendirmek amacıyla kullandık. Laboratuvarda yaptığımız çalışmalar, literatürdeki çalışmalar bize, bir ilaca dirençli kanser hücreleriyle ilaca dirençli olmayan kanser hücrelerinin elektriksel özelliklerinin birbirinden farklı olduğunu gösteriyor. Biz de bu ilaca dirençli hücreyle dirençli olmayanı ayırabiliyor ve kişiselleştirilmiş terapi (personalized medicine/therapy) yapmaya çalışıyoruz. Böylece, her hasta için tek kullanımlık çiple analiz yapılabilecek bir sistem geliştirip, bu sistemin hastanelerde kullanılmasını sağlamayı amaçlıyoruz. Bu tüm dünyada hala uğraşılan ve çözülememiş bir problem."

Dr.Külah, yoğun bakım hastalığı ya da hastane enfeksiyonu olarak da bilinen sepsisin tespitine yönelik bakteri sensörü geliştirilmesi, ilaç etki analizi yapan sistemlerin geliştirilmesi gibi çok farklı alanlarda çalışmalar yürütmelerine rağmen şu anda ağırlıklı olarak ERC projesi ile kanser hücrelerinde ayrıştırma, sayma, kemoterapi yönlendirme, kişiselleştirilmiş tedavi uygulamalarına yönelik birtakım sistemler geliştirme projesi üzerinde çalıştıklarına dikkati çekti. Dr. Külah bu projelerin ürün haline gelip ticarileşebilmesi için AR-GE, hayvan deneyleri ile birtakım onayların alınmasının ardından insan deneyleri gibi süreçlerden geçmesi gerektiğini dolayısıyla zamana ve ciddi bir mali yatırıma ihtiyaç olduğunu, in vivo (canlı içinde) ve in vitro (dışarıda) şeklinde ayrılan çalışmaların her birinin farklı uygulanabilir olma zamanlarının var olduğunu, alınan desteklerin de buna göre farklılaştığını ifade etti ve sözlerini şöyle tamamladı:

"Destek aldığımız kaynaklar çok farklı. Örneğin; bir dönem Intel'den destek aldık. Orada amaç, klavyenin altına enerji üretici sistem yerleştirerek klavyede yazdıkça enerji üretebilir miyiz, diz üstü bilgisayarın enerjisini ya da pil ömrünü biraz olsun artırabilir miyiz, bunu görmekti. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığından, TÜBİTAK'tan, Avrupa Birliği'nden çok farklı projelerde destek aldık. IBM'den destek aldık. Kalkınma Bakanlığının geçen yıl bize verdiği çok ciddi bir destek oldu. MEMS merkezinin biyomedikal uygulamaları için geliştirilmesi yönünde önemli bir destek aldık ki o çalışmalarımızın sürdürülebilirliği açısından çok kritikti."