Canlandırıcı Tıp ve Doku Mühendisliği >> Kök hücre tedavisi ile laboratuarda insan kalbi yetiştirdiler
Kök hücre tedavisi hızla yaygınlaşıyor. İnsanlar ve hayvanlar üzerinde yapılan deneylerde kök hücreleri kullanan doktorlar laboratuarda canlı insan kalbi, karaciğer, insan kası ve kan damarları yetiştiriyor.
İnsan dokularından klonlanan organlar, karaciğer ve kalp rahatsızlıklarında organ nakli için sırada beklemeye son verecek. Laboratuarda büyütülen organlar için hastanın kendi kök hücrelerinin kullanılması, vücudun yabancı organı reddetmesine bağlı komplikasyonları önleyecek.
Canlandırıcı tıp, kazada organları hasar gören hastaların tedavisinde devrim yapıyor. Hayvanlardan alınan genetiği değiştirilmiş GDO’lu dokular, insan vücudundaki hasarlı organların kendini onarması için “organik aşı” olarak kullanılıyor.
Test kabında yetişen kalp atmaya başladı
Bilim adamları son altı ayda gelişmiş doku mühendisliği teknikleri kullanarak farelerde karaciğer yetmezliğini yeni hücrelerle tedavi ettiler, insan kası büyüttüler, hatta hastalara biyoteknoloji laboratuarlarında üretilmiş yeni kan damarları naklettiler. Ancak, Pittsburgh Üniversitesi’nin son buluşu bütün bu gelişmeleri geride bıraktı:
İnsan kök hücreleri kullanarak laboratuar ortamında yetiştirilen kalp dokuları, deney kabında insan vücudunda olduğu gibi canlı ve sağlıklı olarak “atıyor”! Evet, bilim adamları tam kapsamlı bir insan kalbi üretmeyi başardılar ama bu kalbin benzerlerini organ naklinde kullanabilmek için deneylerin sürmesi gerekiyor. Kök hücrelerden organ üretimi önümüzdeki 10 yıla yayılacak bir süreç.
Kalp krizi geçirenler için önemli
Pluripotent kök hücreleri (iHS hücreleri) kullanarak laboratuarda canlı kalp dokusu yetiştiren bilim adamları gelişmeleri Nature Communications1 dergisinde yayınladılar: İnsan kök hücreleri önce genetik mühendisliği ile yeniden programlandı ve bu hücrelerin embriyo durumuna geçmesi sağlandı. Ardından embriyo hücreleri, tıpkı ana karnındaki sağlıklı bir fetüste olduğu gibi başkalaşım geçirerek uzmanlaşmış hücrelere dönüştüler.
Bu aşamada insan derisinden alınan kök hücrelere de genetik müdahale yapıldı ve bunların “çoklu potansiyele sahip kalp-damar sistemi oluşturucu (MCP) hücrelere” dönüşmesi sağlandı. Kalp hücrelerinin temelini oluşturan MCP hücreleri, insan kalp-damar sisteminin çalışması için gereken üç ayrı hücre halinde farklılaşarak uzmanlaşıyor.
Sökülen fare kalbi şablon oldu
Doktorlar bir deney faresinden elde ettikleri çıplak kalbi, laboratuarda yetiştirilecek “insan kalbi” için şablon olarak kullandılar (fare kalbinin damar bağlantıları ve diğer ek dokuları temizlenmişti). Çıplak fare kalbini yeni insan kalbi için organik bir inşaat iskelesi olarak kullanmak isteyen bilim adamları, bu amaçla ellerindeki insan hücrelerini fare kalbine naklettiler. İnsan hücreleri fare kalbinde çoğalarak farklılaştı, daha da uzmanlaştı ve sonunda onu gerçek bir insan kalbine dönüştürdü.
Laboratuarda yapay yollardan üretilen insan kalbi, test kabının içinde dakikada 40-50 kez atıyor ve normal kalbe benzer bir performans gösteriyor. Ancak yapay (?) kalp henüz deney aşamasında: Öncelikle insan kalbi kadar hızlı atmayı öğrenmesi ve koşan ya da uyuyan insanların ihtiyaçlarına göre, kalp atışlarının da hızlanması veya yavaşlaması gerekiyor.
“Pittsburgh Kalbi” dünyanın laboratuarda yetiştirilen ilk kalbi değil. Bilim adamları daha önce de test kabında kalp ve kalp dokuları geliştirmişlerdi ama Pittsburgh Üniversitesi ilk kez bunun için kök hücreleri kullandı. Böylece insanlara kendi kök hücrelerinden yetiştirilen organları, vücutta reddedilme riski olmadan nakletmek konusunda önemli bir ilerleme kaydedilmiş oldu.
Test tüpünde karaciğer
Canlandırıcı tıp henüz gelişme aşamasında ve sadece kök hücrelerden yararlanarak tüpte organ yetiştirmek şimdilik mümkün değil. Ancak, doktorların bunu başarmak için insan veya hayvan vücudundaki dokulardan biraz yardım alması yeterli.
Nitekim insan kök hücreleri ile yetiştirilen karaciğer dokularını hasta bir fareye nakleden bilim adamları, karaciğer yetmezliği görülen hayvanı bu “doku kaynağı” yöntemiyle büyük ölçüde iyileştirmeyi başardılar. Japonya Yokohama Üniversitesi doktorları, söz konusu yöntemi siroz gibi ölümcül hastalıkları iyileştirmekte kullanmayı planlıyor.
Canlı doku aşısı
Laboratuarda bütün bir organ üretmek yerine, sadece hasarlı organların kendini iyileştirmesine yetecek kadar canlı doku yetiştirmek ve bu dokuyu hastalıklı organın üzerine deri nakli yapar gibi yerleştirmek oldukça avantajlı bir yöntem.
Bu sayede, hasta test kabında yeni bir organ yetiştirilmesini beklemiyor ve en kısa sürede iyileşme sürecine giriyor. Ayrıca, hastanın karaciğerini alıp yerine yeni bir organ nakletmeye gerek kalmıyor ve bunun yol açtığı komplikasyonlar da önleniyor. Çiftçiler bu yöntemin bir benzerini “aşı yapmak” adı altında doğada binlerce yıldır kullanıyor.
Sirozu iyileştirecek
Japonların fareye naklettiği karaciğer dokuları iki gün içinde kan damarlarına bağlanarak, karaciğerdeki ölü dokuların yerini aldı ve farenin iyileşmesini sağladı. Ancak, bu tür tedavilerin2 gerçekten işe yarayıp yaramadığını görmek için fareler üzerinde aylarca, insanlar üzerinde ise yıllarca süren testler yapmak gerekiyor. Sonuçta “Doku aşısının” ömür boyu tutması şart.
Her şeye karşın projenin iki büyük handikabı var: Öncelikle, gerçek insanların organ bağışlaması gerekiyor ki bunlardan alınan dokular hastaların organlarını iyileştirmekte kullanılabilsin. Ayrıca organ üretiminde seri üretime geçilmesi de gerekiyor. Kök hücreler laboratuar ortamında hızla ve ucuza üretilirse, canlandırıcı tıp tedavisinin masraflarını herkes karşılayabilecektir.
Amerikalı hastaya kan damarı nakli
Diyabet hastalarının kalp krizi ve buna bağlı olarak baypas ameliyatı geçirmesi kendi halamdan bildiğim üzere riskli bir durumdur. Halk arasındaki ifadeyle “şeker hastalığı damarları kuruttuğu için” bacaktan damar bulmak ve ameliyatla kalbe nakletmek zorlaşıyor.
Duke Üniversitesi bilim adamları bu sorunu aşmak için laboratuarda insan kan damarları geliştirdiler. Biyoteknoloji araçlarıyla yetiştirilen kan damarları durumu ağır olan bir böbrek hastasına nakledildi. Dünyadaki ilk örneklerden olan operasyonda, doktorlar önce organlarını bağışlayan bir hastadan alınan kan damarı hücrelerini kullanarak yeni damarlar yetiştirdiler. Bunun için de test kabındaki damarların doğal şeklini ve kılcal yapısını almasını sağlayacak olan özel bir “inşaat iskelesi” kullandılar. Kan damarlarını şekillendirmekte kullanılan inşaat iskelesi kılcal tüplerden oluşan ve balık ağına benzeyen bir kalıptı.
Doğada çözünen maddelerden üretilen kalıbın işi bittiğinde, araştırmacılar damar kalıbını özel bir sıvı ile eriterek içindeki canlı damarların ortaya çıkmasını sağladılar. Ancak tedavinin en önemli aşaması, kan damarlarının genetik işaretler bakımından da “temizlenmesiydi”. Böylece hasta, yeni damarları yabancı doku olarak reddetmeyecek ve damarların kısa sürede tıkanması veya kangren olması gibi riskler görülmeyecekti.
Yedek parça niyetine test tüpü organları
Damar üretimi tekniklerinin geliştirilmesine yardımcı olan Prof. Dr. Jeffrey Lawson konuyla ilgili açıklamasında şunları söylüyor: “Bu çalışmanın organ yetiştirmekte kullanılan yöntemlere, organların hastaya nasıl nakledileceğine ve bağışıklık cevabı olarak organların reddedilmesinin nasıl engelleneceğine temel oluşturacağını umuyoruz.”
Doktorlar yapay damarları sadece böbrek hastalarında değil, baypas ameliyatlarında da kullanmak istiyor. Ancak, bunu başarmak için önce her hastaya uyan “nötr” dokuları seri olarak ve ucuza üretmeleri gerekiyor. Yedek parça niyetine test tüpü organları, hastaların canlı dokuları otomobil balatası gibi yıprandıkça değiştirmesini ve böylece sağlıklı kalmasını sağlayacak.
İdrar kesesinden insan kası
Kök hücre tedavisinin en büyük avantajlarından biri de hayvan hücrelerine yapılan genetik müdahaleler ile değişim geçiren “GDO’lu hücrelerin” insan dokuları üretiminde kullanılabilmesidir. Örneğin, Afganistan’da yaralanan Amerikalı Teğmen Ron Strang’in dörtbaşlı kası bu tür bir tedavi ile onarıldı.
Pittsburgh Üniversitesi doktorları bu kez domuzların idrar kesesinden üretilen “dış hücreli zarlar” kullandılar ve dokuları Strang’in yaralı bacağına diktiler (önce yaralı bacaktaki ölü dokular temizlendi, ardından “canlı yama yapıldı”).
Elbette bu teknoloji laboratuarda yeni doku veya organ yetiştirmekten daha farklı: Burada insan vücuduyla genellikle uyumlu olan domuz dokuları, parçalanan bacak kaslarının kendini onarmasını sağlamakta kullanılıyor. Strang bu ameliyatı geçiren ilk hastalardan biri olarak tarihe geçti.
Yapay mı, doğal mı?
İnsan vücuduna organik makine dersek neyin sentetik, neyin ise organik olduğu biraz karışıyor. Bu yazıya konu olan dokular ve organlar laboratuar ortamında geliştirildi. Ancak bunlar plastik dokular veya metalden yapılan kalp pilleri değil. Bu anlamda test tüpü organları yapay organ sayılmaz. Bunlar kök hücreleri kullanarak laboratuarda yapay olarak büyütülen ancak “kanlı canlı” gerçek organlar.
Daha önceki yazılarımızda organik jöleden üretilen ve 3B printerla basılan sentetik esnek dokulardan söz etmiştik. Bu dokular da sıradan kol protezlerinin gelişmiş bir versiyonu olarak iç organ naklinde kullanılabiliyordu. Öyleyse insan merak ediyor: Tıpta yarışı kim kazanacak? GDO’lu kök hücre tedavisi ile geliştirilen gerçek organlar mı, yoksa insan vücuduyla uyumlu olan ve jöleden imal edilen esnek yapay organlar mı?
Her durumda insan ile makine arasındaki ayrımın ortadan kalkmaya başladığı yeni bir “makinedeki hortlak” dönemine giriyor gibiyiz. Teknolojik tekillikle ilgili yeni yazılarımda, bizi bu “insan sonrası” (post human) döneme götüren gelişmeleri ele alacağım.
Bilim adamları fare kalbini insan kalbine dönüştürdüler ve test tüpündeki kalp atmaya başladı:
1Repopulation of decellularized mouse heart with human induced pluripotent stem cell-derived cardiovascular progenitor cells: Tung-Ying Lu, Bo Lin, Jong Kim, Mara Sullivan, Kimimasa Tobita, Guy Salama & Lei Yang, Nature Communications 4, Article number: 2307doi:10.1038 / ncomms3307 13 Ağustos 2013
2Vascularized and functional human liver from an iPSC-derived organ bud transplant: Takanori Takebe,Keisuke Sekine,Masahiro Enomura,Hiroyuki Koike,Masaki Kimura,Takunori Ogaeri,Ran-Ran Zhang,Yasuharu Ueno,Yun-Wen Zheng,Naoto Koike,Shinsuke Aoyama,Yasuhisa Adachi & Hideki Taniguchi, Nature 499,481–484 (25 July 2013) doi:10.1038/nature12271
