Laboratuvar Yapımı Organlar İnşa Ediliyor

Proteinlerden yapılmış küçük mikrodesenler kullanarak, Smith ve meslektaşları insan kaynaklı pluripotent kök hücreleri üçgenler, yıldızlar ve daireler halinde organize olmaya ittiler. Floresan yeşili etiketli hücreler, çoğunlukla kenarlarda, kan damarları oluşturmak için önemli bir protein yapar; kırmızı hücreler, kan damarları da dahil olmak üzere kasların kasılmasına yardımcı olan bir proteine sahiptir; ve mavi, bireysel hücrelerin çekirdeklerini işaretler.

Silikon Vadisi’nden Gelen Aletlerle Quinton Smith, Laboratuvar Yapımı Organlar İnşa Ediyor

Bu karaciğer organoidleri hastalığı daha iyi anlamamıza ve tedaviler bulmamıza yardımcı olabilir.

Albuquerque’deki New Mexico Üniversitesi Çocuk Hastanesi’nde gönüllü olarak çalışırken, Quinton Smith asla doktor olamayacağını çabucak fark etti.

Daha sonra üniversitede lisans öğrencisi olan Smith, her zaman hasta çocukları görünce çok üzüldü. Ama “belki onlara bilimde yardımcı olabilirim” diye düşündü.

Smith ana dalını kimya mühendisliğini seçmişti çünkü onu “premed’e gitmenin daha serin bir yolu” olarak görüyordu. Sonunda başucunda değil de laboratuvara inmesine rağmen, insanları rahatsız eden şeyleri iyileştirmenin yollarını bulma konusunda tutkulu kaldı.

Bugün Kaliforniya Üniversitesi’ndeki laboratuvarı Irvine, gerçek hayattaki meslektaşlarını taklit eden minyatür laboratuvarda yetiştirilen organlar üretmek için genellikle küçük elektroniklerin imalatında kullanılan araçları kullanıyor. Smith, “Çoğu zaman, hücreleri incelediğimizde onları bir petri kabında inceliyoruz. Ama bu onların doğal biçimi değil.” Organoidler olarak adlandırılan bu 3 boyutlu yapılara bir araya gelmek için hücreleri teşvik etmek, araştırmacılara hastalıkları incelemek ve potansiyel tedavileri test etmek için yeni bir yol sağlayabilir.

Smith, Silikon Vadisi teknolojisini ve kök hücre biyolojisini birleştirerek, bilim insanlarının artık “insan dokuları gibi görünen, tepki veren ve işlev gören dokular yaptıklarını” söylüyor ve bu daha önce yapılmadı.

Kök Hücrelerin Gücü

Smith’in çalışmaları iki boyutta başladı. Lisans eğitimi sırasında iki yaz boyunca biyomedikal mühendisi Sharon Gerecht’in laboratuvarında, daha sonra Johns Hopkins Üniversitesi’nde geçirdi. Projesi, bir kan damarının oluştuğu ortamı taklit etmek amacıyla, silikon gofretlerdeki küçük odaların içindeki oksijen ve sıvı akışını kontrol edebilen bir cihaz geliştirmeyi amaçladı. Smith’in insan kaynaklı pluripotent kök hücrelere saygı duymaya başladığı yerdi.

Bu kök hücreler, herhangi bir hücre tipine yol açabilecek erken embriyonik bir aşamaya yeniden programlanan vücut hücrelerinden oluşur. Smith, “Bu hücreleri alıp onları herhangi bir şeye dönüştürebileceğiniz aklımı başımdan aldı” diyor.

Smith sonunda doktora için Gerecht’in laboratuvarına döndü, fiziksel ve kimyasal ipuçlarının bu kök hücreleri kan damarları haline getirmeye nasıl itebileceğini araştırdı. Mikrodesenleme adı verilen bir teknik kullanarak araştırmacıların hücrelerin bağlanmasına yardımcı olmak için cam slaytlara proteinleri damgaladıkları hücreleri yapay kan damarlarının başlangıcına organize etmeye teşvik etti. Desene bağlı olarak hücreler 2 boyutlu yıldızlar, daireler veya üçgenler oluşturdu ve hücrelerin bu tür boru şeklindeki yapıları oluşturmak için nasıl bir araya geldiğini gösterdi.

Üç şeklin görüntüsü, hepsi yeşil kenarlıklı mavi renktedir. Üçgen, yıldız ve dairenin tümü siyah bir arka plan üzerinde durur.

Proteinlerden yapılmış küçük mikrodesenler kullanarak, Smith ve meslektaşları insan kaynaklı pluripotent kök hücreleri üçgenler, yıldızlar ve daireler halinde organize olmaya ittiler. Floresan yeşili etiketli hücreler, çoğunlukla kenarlarda, kan damarları oluşturmak için önemli bir protein yapar; kırmızı hücreler, kan damarları da dahil olmak üzere kasların kasılmasına yardımcı olan bir proteine sahiptir; ve mavi, bireysel hücrelerin çekirdeklerini işaretler.

MIT’de doktora sonrası çalışırken, karaciğer organoidlerine odaklanarak 3-D’ye geçti.

Dallanan kan damarları gibi, bir safra kanalları ağı karaciğer boyunca safra asidi taşır. Bu sıvı vücudun yağları sindirmesine ve emmesine yardımcı olur. Ancak yapay karaciğer dokusu her zaman vücutta olduğu gibi dallanan kanalları yeniden yaratmaz. Smith, laboratuvarda büyüyen hücrelerin “biraz yardıma ihtiyacı var” diyor.

Sorunların üstesinden gelmek için Smith ve ekibi, kanallar oluşturmak için küçük akupunktur iğnelerinin etrafına sert bir jel döküyor. Jel katılaştıktan sonra, araştırmacılar kök hücreleri içeride tohumluyor ve hücreleri kanallar oluşturmak üzere koaksiyel hale getirmek için kimyasal ipuçlarına batırıyorlar. Smith, “Bir mühendislik yaklaşımı kullanarak talep üzerine safra kanalları oluşturabiliriz” diyor.

Karaciğer organoidleri yapmaya yönelik bu yaklaşım mümkündür çünkü Smith biyolojinin dilini ve mühendisliğin dilini konuşur diyor MIT’de Howard Hughes Tıp Enstitüsü araştırmacısı ve Smith’in doktora sonrası akıl hocası olan biyomedikal mühendisi Sangeeta Bhatia. Hücre biyolojisi bilgisini kullanabilir ve belirli hücre tiplerinin vücutta birlikte çalışmak üzere nasıl organize edildiğini incelemek için mühendislik tekniklerinden yararlanabilir.

Örneğin, Smith’in laboratuvarı şimdi kan damarları ve safra kanalları da dahil olmak üzere laboratuvarda yetiştirilen karaciğer dokularının doğru şekilde organize olmasını sağlamak için 3D baskı kullanıyor. Smith, bu tür mühendislik tekniklerinin, araştırmacıların yağlı karaciğer hastalığı gibi bazı karaciğer hastalıklarının arkasındaki kök nedenleri incelemelerine ve belirlemelerine yardımcı olabileceğini söylüyor. Sağlıklı insanlardan gelen hücrelerden yetiştirilen organoidleri, orantısız bir şekilde etkilenen İspanyol insanlar da dahil olmak üzere karaciğer hastalığı olan hastalardan alınan hücrelerden yetiştirilenlerle karşılaştırmak bir mekanizmaya işaret edebilir.

Karaciğerin Ötesine Bakmak

Ancak Smith kendini karaciğerle sınırlandırmıyor. O ve kursiyerleri, diğer dokuları ve hastalıkları da keşfetmek için dallanıyorlar.

Bu arayışlardan biri, hamile kadınları ve orantısız bir şekilde Afrikalı Amerikalı kadınları etkileyen bir hastalık olan preeklampsidir. Preeklampsisi olan kadınlar tehlikeli derecede yüksek tansiyon geliştirir çünkü plasenta iltihaplanır ve annenin kan damarlarını daraltır. Smith, fiziksel kuvvetler ve organdan gelen kimyasal ipuçları gibi çevresel faktörlerin maternal kan damarlarını nasıl etkilediğini belirlemek için laboratuvarda yetiştirilen plasentaları incelemeyi planlıyor.

Smith, “Bu çalışma için gerçekten heyecanlıyız”. Sadece son zamanlarda, bilim insanları kök hücreleri plasenta oluşturabilecek daha erken bir gelişim aşamasına girmeleri için kandırdılar. Laboratuvarda yetiştirilen bu plasentalar, pozitif gebelik testlerinden sorumlu hormon olan insan koryonik gonadotropinini bile üretir.

Kök hücrelerin gücü için bir başka kazanç.

Yazan: İlknur YEŞİLYURT

Alıntı

Smith ve ark. Uyumlu substratum, insan pluripotent kök hücrelerinden endotel bağlılığını yönlendirir. Bilim Gelişmeleri. Cilt 3, 31 Mayıs 2017. doi: 10.1126/sciadv.1602883.

Smith ve ark. Sitoiskelet gerginliği mezodermal mekansal organizasyonu ve ardından gelen vasküler kaderi düzenler. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. Cilt 35, 23 Temmuz 2018, s. 8167. doi: 10.1073/pnas.1808021115.

Smith ve ark. Doğal biyomateryal iskelelerinde kolanjiyosit morfogenezinin yönlendirilmesi. İleri Bilim. 16 Kasım 2021 tarihinde online olarak yayınlanmıştır. doi: 10.1002/advs.202102698.

YouTube Kanalımız

İlknur Yeşilyurt hakkında 150 makale
Biyoteknolog ve Moleküler biyolog. Astronomi, yeşil enerji, genetik, nanoteknoloji, biyosensörler ve biyoçözünürlük/biyouyumluluk konularına meraklı. Bilim ve kitap tutkunu.

İlk yorum yapan olun

Bir yanıt bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.


*