Yapay organ çalışmasında yeni bir eşik: Kök hücreler ile minyatür kalp üretildi

9 Temmuz 2023 | 27 Ağustos 2023 | Kategori: Güncel / Literatür Print

0 Paylaşım

Bilim insanları yapay organ araştırmalarında yeni bir eşiği aşarak kök hücrelerle yapay kalp üretmeyi başardılar. Münih Teknik Üniversitesi’nden araştırmacılar, laboratuvar ortamında yapay kalp ürettiler. İnsan kök hücreleri kullanan bilim insanları başarılı bir “mini kalp” organoidi geliştirdi. Hem kalp kası hücrelerinden hem de dış kalp tabakası hücrelerinden oluşan yenilikçi organoid, ilk aşamada ilaç araştırmaları ve testlerde kullanılacak. Böylece hayvan testlerine olan ihtiyaç azalacak. Nature Biotechnology’ dergisinde yayınlanan çalışmanın sonraki hedefi ise yapay organları insanlarda denemek. Bu gelişme, kalbin gelişimini anlamak ve kalp hastalıklarını tedavi etmek için önemli bir sıçrama olarak görülüyor.

Kalbin gelişim sürecinin oldukça karmaşık olduğunu belirten uzmanlar, insan kalbi, gebelikten yaklaşık üç hafta sonra biçimlenmeye başladığını, bu keşfin özellikle kalp oluşumu ve hastalıkları konusunda yeni bilimsel çalışmalara zemin hazırlayacağı vurguluyor. Araştırma ekibinin başıda yer alan kalp-damar hastalıkları alanında Rejeneratif Tıp Profesörü olan Dr. Alessandra Moretti, çalışmalarında pluripotent kök hücreleri kullanarak yapay kalp üretmek için yeni bir yöntem geliştirdi.

Biyolojide devrim! CRISPR/Co9 teknolojisi ile cilt hücreleri kök hücreye dönüştürüldü

Prof. Dr. Moretti ve ekibi, dünyada hem kalp kası hücrelerini hem de kalp duvarının dış tabakasındaki kök hücreleri (epikardiyum) kapsayan bir organoidi başarıyla yaratan ilk araştırmacılar oldu. İlk kez 2021 yılında tanımlanan kalp organoidlerinin kısa tarihinde, araştırmacılar şimdiye dek yalnızca kardiyomiyositlerden ve kalp duvarının iç tabakasından hücreler barındıran organoidler üretebilmişlerdi.

Yapay kalp üretmek için yaklaşık 35 bin hücreyi, bir santrifüjde küreye dönüştürdüklerini ve bunlara bir protokol doğrultusunda ‘sinyal molekülleri’ eklediklerini söyleyen Prof. Dr. Alessandra Moretti, çalışma ile ilgili şu bilgileri paylaştı:

“Bu yolla, vücutta, kalbin gelişim sürecini denetleyen sinyal yollarını taklit ediyoruz. Elde edilen organoidlerin çapı yaklaşık yarım milimetre. Kan pompalamasalar bile elektriksel yollarla uyarılabilir ve insanlardaki kalp odacıklarına benzer şekilde kasılabiliyorlar. Kalbin nasıl oluştuğunu anlamak söz konusu olduğunda, epikardiyum hücreleri belirleyici etkendir. Kalpte yer alan öteki hücre tipleri, mesela dokuları ve kan damarlarını birbirine bağlayanlar, bu hücrelerden meydana gelir. Bunun yanı sıra, epikardiyum, kalp odacıklarının oluşmasında büyük bir rol oynar.”

Ekip, organoidleri üretme yönteminin yanı sıra, yaptıkları bir keşfi de dünyaya duyurdu. Tek tek hücrelerin incelenmesi neticesinde, organoid gelişiminin yaklaşık yedinci gününde, çok yakın bir zamanda farelerde keşfedilen bir tür öncü hücrenin ortaya çıktığını tespit ettiler. Epikardiyum da işte bu hücrelerden oluşuyor. Prof. Moretti, “Yalnızca birkaç günlüğüne olsa da bu hücrelerin insan vücudunda da bulunduğunu varsayıyoruz” diyor.

Bu ilk bilgiler, yetişkin bir insanın kalbinde neredeyse hiç bulunmayan bir yetenek olan fetüs kalbinin kendini nasıl onarabildiğine ilişkin ipuçları da sunabilir. Bu bilgi ise kalp krizi ve diğer sorunlar karşısında yeni tedavi yöntemleri geliştirilmesine yardım edebilir.

Körlük ve kök hücre tedavisi: Yeni geliştirilen yöntem körlüğe çare olabilir

Kişiye özel organoid üretilebilir

Ekip bunun yanı sıra, organoidlerin, hasta bireylerin rahatsızlıklarını araştırmak amacıyla da kullanılabileceğini ortaya koydu. Araştırmacılar, bir Petri kabında, ‘Noonan sendromundan mustarip bir hastanın ‘pluripotent’ kök hücrelerini kullanarak, hastalığın özelliklerini taklit eden organoidler ürettiler. Ekip, doğuştan gelen diğer kalp sorunlarını araştırmak amacıyla karşılaştırılabilir ve kişiye özel organoidler kullanmayı planlıyor. Kalp sorunlarını taklit etmenin özellikle yeni ilaçların doğrudan organoidler üzerinde test edilmesine olanak sağlayabileceğini söyleyen Prof. Dr. Moretti, “İlaç geliştirirken buna benzer testlerin hayvanlar üzerinde yapılması ihtiyacını azaltabileceği düşünülebilir” diyor.

Çalışmanın özeti

Epicardioid single-cell genomics uncovers principles of human epicardium biology in heart development and disease

Abstract: Omurgalı kalbin mezotelyal zarfı olan epikardiyum, embriyonik gelişim sırasında çok sayıda kardiyak hücre soyunun kaynağıdır ve miyokardiyal büyüme ve onarım için gerekli olan sinyalleri sağlar. Bu çalışmada, sol ventrikül duvarına özgü epikardiyum ve miyokardın retinoik aside bağımlı morfolojik, moleküler ve fonksiyonel modelini gösteren, kendi kendini organize eden insan pluripotent kök hücre kaynaklı epikardioidler ürettik.

Soy izlemeyi, tek hücreli transkriptomikleri ve kromatin erişilebilirlik profilini birleştirerek, epikardioidlerdeki farklı hücre soylarının spesifikasyon ve farklılaşma sürecini açıkladık. Transkripsiyonel ve morfolojik seviyelerde insan fetal gelişimiyle karşılaştırmalar yaptık. Daha sonra, insan kardiyojenezinde IGF2/IGF1R ve NRP2 sinyalinin rolüne ilişkin yeni görüşler elde ederek, kardiyak hücre tipleri arasındaki fonksiyonel karşılıklı konuşmayı araştırmak için epikardioidleri kullandık. Son olarak, epikardioidlerin konjenital veya stres kaynaklı hipertrofi ve fibrotik yeniden yapılanmanın çok hücreli patogenezini taklit ettiğini gösterdik. Bu nedenle epikardioidlerin, kalp gelişimi, hastalık ve rejenerasyonda epikardiyal aktivite için benzersiz bir test alanı sunduğuna inanıyoruz.