Artık Biyoprinterda Kalp ve Pankreas Basacağız

Bilim insanları kalp yetmezliği ile Tip 1 diyabet gibi hastalıklara karşı biyoprinterda kalp ve pankreas basmaya hazırlanıyor. Hastadan alınan kök hücrelerin genetiğinin değiştirilmesiyle elde edilen sağlıklı pankreas hücreleri, biyoprinterda yeni bir pankreas halinde basılacak. Böylece hastanın ensülin iğnesi yapmasına, yan etkilere yol açan ağır ilaçlar kullanmasına ve organ nakli için beklemesine gerek kalmayacak. Peki insan vücudu biyoprinterda basılan pankreas organını reddeder mi?

Biyoprinterda pankreas nasıl basılır?

İlk başta çok kolay: 1) Hastanın kemik iliğinden veya göbek kordonundan kök hücre alıyorsunuz. 2) Bunların genetiğini değiştirip kök hücre DNA’sına, pankreas hücresine dönüşme talimatı veriyorsunuz. 3) Pankreas hücrelerine büyüme faktörü (serum) verip biyoreaktörde çoğaltıyor ve bunları biyoprinterda basıyorsunuz.

4) Canlı doku basan 3D printer olan biyoprinterlar, işi bitince suda çözünen şekerli inşaat iskeleleri ve kafesler kullanarak tam boy pankreas organı basıyor. 5) Bu süreçte organdaki hücreleri besleyen kan damarları ve diğer damarların düzgün oluşmasına özellikle dikkat ediliyor.

Ancak, size anlattığım bütün bu işlemler çok zor süreçler ve bilim insanları bugüne dek biyoprinterda doğal pankreas gibi sağlıklı olup da tam kapasiteyle çalışan bir organ basmayı başaramadılar. Sadece doku parçaları bastılar ve bu deneylerde organ deformasyonu ile kan damarı yetersizliği gibi kritik sorunlar çıktı. Peki bu sorunları ve organ naklinde organın reddedilmesi sorununu nasıl aşarız?

İlgili yazı: Theia Gezegeni Dünya’ya Çarpınca Ay Nasıl Oluştu?

 

Pankreas reddini önlemek

Biyoprinterda organ basmanın organ naklinin yerini alması için sadece pankreas vb. basmak yetmiyor. Aynı zamanda bunların ucuza basılabilmesi gerekiyor. Oysa kök hücrelerin büyümesini hızlandırmak için özel büyüme faktörü serumları kullanmamız lazım (sığır cenin serumu gibi protein bakımından zengin çözeltiler).

Nitekim biyoprinterda kültür eti (sentetik et) basarak küresel ısınma ve açlığa çare olmak isteyen yeni şirketler de bu sorunu çözmeye çalışıyorlar; çünkü büyüme faktörü serumlarını büyük miktarda üretmek zor oluyor. Aynı sebeple bunlar çok pahalı. Gerçi yeni bir yazıda anlatacağım gibi, kültür eti için geliştirilen ucuz alternatif büyüme faktörleri, biyoprinterda pankreas basmakta da kullanılabilir.

Nitekim kalp ve karaciğer yetmezliği, Tip 1 diyabet ve Parkinson hastalığı gibi en yaygın hastalıklar, vücuttaki hücrelerle organların işini yapmakta başarısız olmasından kaynaklanıyor. Peki bu yıpranmış organlardaki hücreleri biyoprinterda basılan dokularla veya tam boy organlarla değiştiremez miyiz?

Her ne kadar bu iş biyoprinterda kulak, kıkırdak, burun ve insan derisi basmak kadar kolay olmasa da (çünkü organlar kıkırdaktan daha karmaşıktır) yakın gelecekte bu mümkün olacak. Böylece tip 1 diyabet hastaları da ensülin iğnesi yapmaktan kurtulacaklar.

Hayaller Paris, gerçekler Muş

Gerçi şimdi diyeceksiniz ki bir insan kendi hücresinden basılan organı neden reddetsin? Biyologlar da öyle düşünüyordu. Ancak, California Üniversitesi San Francisco yerleşkesi Genel Cerrahi Anabilim Dalı, Kalp ve Göğüs Hastalıkları Cerrahisi bölümü, Organ Nakli ve Kök Hücre Bağışıklıkbilim Laboratuarı’ndan Dr. Tobias Deuse, hastaların kendi organlarını bile reddedebileceğini ortaya çıkardı! 😮

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Bu sorunu nasıl çözeriz?

Yetişkin hücreleri kök hücrelere dönüştürerek: Nitekim birkaç yıl önce bilim insanları, biyoprinterda organ basarak veya insan organlarının kendisini yenilemesini sağlayarak ilaca bağlı tedavileri aşmaya başlayacağımızdan oldukça umutluydu.

Sonuçta yetişkinlerden alınan hücreleri genetik olarak yeniden programlayarak basmak istediğimiz Pankreas gibi organların hücrelerine dönüşmelerini sağlayacak proteinleri tespit etmiştik.

Aslında bunlar olgun pankreas hücrelerini kök hücrelere dönüştürüyor ve biz de bunları alıp biyoprinterda pankreas basma imkanına kavuşuyorduk. Hücrelerin yaşının, bunları kök hücrelere dönüştürürken sıfırlanması da yaşlı hücrelerle yaşlı dokular basmak yerine, genç ve sağlıklı pankreas vb. basmaya imkan veriyordu.

Ayrıca doktorları, hastanın kemik iliğinden kök hücre almak gibi zor ve pahalı işlemlerden de kurtarıyordu. Ancak, nasıl ki insanlar yaşlandıkça hücrelerdeki zararlı mutasyonlar artıyor ve bu da vücudun hücrelere artık eskisi kadar sık bölünmeyin talimatı vermesine yol açıyor (ki yaşlanmanın tanımı bu); kök hücrelere dönüştükten sonra yaşı sıfırlanan hücrelerde de mutasyon görülebiliyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Hem de genç oldukları halde

Neden derseniz: İnsan vücudundaki organların genetik kimliği (genetik plakası diyelim), hem genetik kodla (DNA) hem de genlerin yaşa göre kendini ifade etme; yani aktive olma derecesinin değişmesiyle belirleniyor. Kısacası vücudun bağışıklık sistemi, bir organın bizim olduğuna sadece DNA’ya bakarak değil, gen ifadesi gibi epigenetik faktörlere bakarak da karar veriyor.

Biz de biyoprinterda pankreas basmak için yetişkin hücreleri kök hücreye dönüştürüp yeniden genç pankreas hücrelerine dönüştürüyoruz ya; işte o süreçte hücrelerin epigenetik etiketi de sıfırlanıyor. Bu da vücudun, biyoprinterda kendi hücrelerinden basılan organları bile yabancı olarak işaretlemesine yol açabiliyor.

O zaman da vücudun akyuvarları (bağışıklık hücreleri) biyoprinterda basılıp vücuda nakledilen organa yabancı madde muamelesi yapıyor. Bu da kişinin kendi organını reddetmesine yol açıyor. Elbette bugüne dek kimseye biyoprinterda basılan bir pankreas nakletmedik. Henüz doğal pankreas kadar iyi çalışan bir organ basma aşamasındayız.

Ancak, hücrelerle ve kobay hayvanlarla yapılan deneyler, bize biyoprinterda basılan organların bile reddedilebileceğini gösterdi. Bir başka sorun ise organ reddiyle değil, kök hücrelerden türeyen sağlıklı doku hücrelerinin yaşının sıfırlanmasıyla ilgili.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Örneğin babam 2 kez inme geçirdi

Bunun sebebi ise atriyal fibrilasyon ki babamda, kalbin sol karıncığında doğuştan gelen bir mutasyonun yaşla deformasyona yol açmasına bağlı büyüme var. Bu da kalp ritmini bozuyor, dolayısıyla kalp kapakçıklarının yıpranması ve karıncıkta kan biriktirmesine yol açıyor. Biriken kan pıhtılaşıyor ve beyne pıhtı attığı zaman inmeye sebep oluyor ya da bacak damarlarını tıkıyor.

Babamın sorununu ise ağır ve zor bir ilaç olsa da Coumadin ile çözdük. Modern ilaç Eliquis’in atriyal fibrilasyonda pek işe yaramadığını da babamın ikince kez inme geçirmesi ve kısmi felçli kalması neticesinde öğrendik. Elbette bu bir doktor tavsiyesi değildir! Kalp rahatsızlıkları için beni değil, mutlaka doktorunuzu dinleyin. Ancak kalp kapakçıkları ile organ basmak arasında bir ilişki var:

Diyelim ki yıl 2035. Doktorlar babama, “Tekrar inme geçirebilirsin. Gel şu kalp kapakçıklarını değiştirelim” dediler. “Sana biyoprinterda yeni kapakçık basalım.” Ömrü uzun olsun, babam 2035’te 90 yaşında olacak. 🙂 Doktorlar da kapakçık bastıkları zaman bir bakacaklar ki bunlar babamın kalbine uymayacak! 😮

Nasıl olur? Babamdan alınan hücrelerle basılmadı mı bu kapakçıklar? Evet basıldı; ama hücrelerin yaşı sıfırlandığı için kalp kapakçıkları, biyoprinterdan babamın 18 yaşındaki hali gibi çıktı. Dolayısıyla zamanla genişleyen damarlara vb. takınca bu yedek parçalar uymuyor. Kapakçıklar laçka oluyor. Yaşlandıkça devreye giren epigenetik ve mekanik faktörler organlarınızın şeklini değiştiriyor.

İlgili yazı: Uydumuz Ay ve Gaz Devi Jüpiter Nasıl Oluştu?

 

Buna rağmen pankreas basmak için

Ne yapmalıyız? İşte Dr. Tobias Deuse iki sorunu da çözebilecek bir bilimsel keşif yaptı. Biyoprinterda yeni basılan pankreas hücrelerinin yüzeyinde genetik mutasyonlarla oluşan farklı proteinlerin, bu hücrelerin vücut tarafından reddedilmesine yol açmasını önleyecek bir çözüm buldu.

Böylece hastalarda organ reddini önlemek için kullanılan bağışıklık sistemi baskılayıcı ilaçları kullanmaktan kurtulmak için yepyeni bir yol bulundu. Yalnız önce en basit çözümden bahsedelim: Hastaneler ve kliniklerin çok geniş bir kök hücre ve yenilenmiş hücre bankasına ihtiyaçları var. İnsan vücudundaki bütün organ hücrelerini derin dondurucuda saklamalılar.

Böylece kişiden hücre alınamayacak acil durumlarda, organ nakli için sırada bekleyen hastalara, organ reddi riski içermekle birlikte yeni pankreas vb. basabilirler. Diğer çözüm ise hastaya sadece kendi kök hücrelerini kullanarak türetilen organları nakletmek. Bunlara da otolog kök hücre diyoruz.

Oysa asıl sorun bu hücrelere enerji sağlayan ve bütün insan hücrelerinde bulunan mitokondri organcıklarında… Bunlar solunum yaptığı için kanserojen etkiler ve genetik bozukluklardan korunmak amacıyla kendi mitokondri DNA’sına sahipler. Aslında yaşlanma da mitokondrilerde biriken zararlı mutasyonlar yüzünden, bu organcıkların enerji üretiminin düşmesinden kaynaklanıyor.

Pankreas ve mitokondriler

Öte yandan, tipik bir insan hücresinde 10 bin mitokondri olabiliyor. Öyle ki biz pankreas basmak için hücre yaşını sıfırlarken çok nadir görülecek bir mutasyon riskine yol açıyoruz; ama bir hücrede binlerce mitokondri olduğu için mitokondri DNA’sındaki mutasyon olasılığı çok artıyor. Bu da organın vücut tarafından reddine neden olabiliyor.

İlgili yazı: İlkin Karanlık Madde Evrenden Eski Olabilir mi?

 

Pankreas nakli ile diyabete kesin çözüm

Mitokondriler hücre zarındaki proteinlerin değişmesine yol açıyor ki bu yeni proteinlere adı üstünde, neoantijen diyoruz. Neontijenleri gören vücut da biyoprinterda basılan organı reddediyor. Dr. Deuse ile ekibi işte bunu insanlar ve kobay fareler üzerinde yapılan deneylerde gösterdiler.

Başta gen makası CRISPIR olmak üzere, modern gen düzenleme araçları kök hücre genlerinin değiştirilmesine izin veriyor. Öyle ki bu hücreleri bağışıklık sistemi olmadan üretebiliriz. Elbette bu, biyoprinterda organ basarken, organı hastalık yapıcı mikroorganizmalardan korumak için çok dikkatli olmamızı gerektirecek.

Ancak, insan vücuduna bağışıklık sistemi olmayan pankreas nakledersek bu organın hücrelerinin zarında neoantijen denilen vücuda yabancı proteinler de oluşmaz. O zaman da vücut yeni organı reddetmez. Dahası hastanın vücudu bu kimliksiz, ne kokar ne bulaşır organları kendi antijenleriyle işaretleyecektir; yani bir kez vücuda giren organ hemen bağışıklık sistemine kavuşacaktır.

Bilim insanları bağışıklık sistemi olmayan kök hücreler ve bunlardan üretilen pankreas gibi spesifik organ hücrelerine evrensel hücre diyor. Ancak, bu teknolojinin yaygınlaşmasına zaman var; çünkü pankreas tek organ olsa da sadece pankreas hücrelerinden oluşmuyor. Sinir, kan ve bağ dokusu hücreleri, ayrıca uzmanlaşmış hücreler de var.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Diyabete karşı pankreas nakli

Kısacası biyoprinterda pankreas basıp tip 1 diyabet hastalarına naklederek onları kesinkes iyileştirmeye daha vakit var; ama en azından, artık biyoprinterda sağlıklı organ basma ilkelerini öğrenmiş bulunuyoruz. Sıra tekniğimizi geliştirmekte…

Peki çocuklarınızın gelecekte miyop olmasını önlemek için genlerinizi test ederek bebeğinize miyoba yol açabilecek genler aktarma riskinizi ölçebilir misiniz? DNA testi ile bu mümkün. Siz de DNA’yı test ederek kalıtsal hastalıkları önlemek için neler öğrenebileceğinize hemen bakabilir; plastik cerrahide hiç yara izi bırakmayan moleküler bıçağı  ve beden hackleme teknolojilerini gözden geçirebilirsiniz.

Kök hücre tedavisine rağmen kansere neden kesin çare bulamadığımızı ise şimdi görerek kök hücre tedavisiyle saç dökülmesini önleme ve diş çürüklerini iyileştirme çalışmalarını inceleyebilirsiniz. Hatta hızınızı alamayarak psikolojik tedaviler için insan beynine RNA yoluyla güzel hatıralar ekme teknolojisine de göz atabilirsiniz. Yurtta havalar hafiften serinlerken soğuk algınlığına dikkat edin.

Biyoprinterda kalp basmak

¹De novo mutations in mitochondrial DNA of iPSCs produce immunogenic neoepitopes in mice and humans
²Hypoimmunogenic derivatives of induced pluripotent stem cells evade immune rejection in fully immunocompetent allogeneic recipients
³3D Bioprinting for Artificial Pancreas Organ