Doku ve Organ Üretmenin Reçetesi

11. Hafta


Daha önce doku ve organ mühendisliğinin geçmişi ile ilgili olan yazıda ve bu yazı dizisinin doku mühendisliği ve 3D bioprinting konularına giriş niteliğinde olan 3. hafta yazısında bahsettiğimiz üzere bu alanın geçmişi hem çok eskiye dayanıyor, hem de bir o kadar yeni. Alanın bize ne vaad ettiği ve yapabileceklerinin sınırları ile ilgili olan yazıda söylediklerimizin üzerine ekleyerek gidersek;

Doku ve organ mühendisliği temel olarak canlı vücudundaki doku ve organların işlevini yerine getirebilecek, yani aslında onları taklit edebilecek parçalar üretmek üzerine gelişen bir çalışma alanıdır.

Bu tanımı biraz daha bilimsel bir çerçevede tekrar yazmamız gerekirse;

Yenilenebilir tıp (rejeneratif tıp) alanında yaşanan sorunların çözülebilmesi amacıyla oluşan yeni disiplinlerarası çalışma alanı, hücre-materyal etkileşimini temel alarak in vivo veya in vitro çalışmalar ile doku/organ taklitlerinin üretimi üzerine yönelmektedir.

Bu hedef doğrultusunda yapılan işlemleri 5 ana basamak altında toplayabiliriz. Bu basamaklar aslında doku ve organ mühendisliğinin çalışma prensibini oluşturuyor da diyebiliriz. Bunlar;

  • Kaynaktan hücre toplama
  • Hücre kültürü ve çoğaltma
  • Hücreler arası ortam (ECM) oluşumu
  • Doku oluşumu
  • Doku nakli

Doku ve organ mühendisliği çalışma prensibi akış şeması

Kaynaktan hücre toplama

Farklılaşmış kıkırdak hücrelerinin ışık mikroskobu altında görüntüsü

Bu basamak, hedeflediğimiz dokuyu oluşturan hücrelerin elde edilme işlemlerini içeriyor. Bu hücreleri ticari olarak satın alabileceğiniz gibi, hedef doku örneğinden elde etmeniz de mümkün. Hücrelerin farklılaşmış olması çalışmanızdaki basamak sayısını azaltacaktır fakat tarih itibariyle, bu alanda gerçekleştirilen çalışmalar için en revaçta olan konu “içinde bulunduğu ortamın kök hücre farklılaşması üzerindeki etkisi” olduğu için, literatürde yer alan çalışmaların neredeyse tamamı bu basamakta kök hücre kullanmayı tercih ediyor. Daha sonra ortama ilave edilen çeşitli unsurlar neticesinde kök hücrelerin, hedeflenen doku tipine uygun hücre çeşidine farklılaşması bekleniyor. Bu konuyla ilgili ileri okumaları sayfanın sonunda bulabilirsiniz.

Hücre kültürü ve çoğaltma

İşte bu basamak güncel doku ve organ mühendisliği çalışmalarında en kritik farklılıkların ortaya çıktığı basamak. Geçmişte yapılan in vitro (cam üzerinde, laboratuvar ortamında) doku mühendisliği çalışmaları 2D (2 boyutlu) hücre kültürü çalışmaları üzerinden ilerliyordu. Günümüzde ise bu alanda yapılan hücre kültürü çalışmaları 3D ilerliyor! Bunun getirdiği avantajların en önemlisi in vitro kurgulanan deneyin in vivo (canlı içinde, canlı bünyesinde) özelliklere en yakın sonuçların elde edilebiliyor olması.

Hücre kültürü ile hücre çoğalması

Bu basamakta amaçlanan temel nokta, elimizde var olan hücrelerin (kaynaktan toplanan veya ticari satın alınan) uygun fizyolojik ortam içerisinde, hedeflenen doku özelliklerine uygun olacak şekilde çoğaltılmasıdır.

Hücre kültürü

Not: 2D-3D hücre kültürü farklılıkları üzerine ileride farklı bir yazıda daha geniş tartışacağız

Hücreler arası ortam (ECM) oluşumu

Farklılaşmış hücrelerin arasında oluşmaya başlayan ECM’in SHG/2PM ile görüntülenmesi (yeşil: hücreler, kırmızı: ECM) / Ludo van Haasterecht, Yiğitcan Sümbelli, Dafydd Owen Visscher

Geldik olayın kopmaya başladığı noktaya. Bir önceki basamakta çoğalttığımız hücreler, hücre dışında bulunan ortama bir takım maddeler salgılamaya başlar ve hücreler arası ortam (extracellular matrix / ECM) adı verilen yapı oluşmaya başlar. Bu ortam içeriğinde çoğunlukla çeşitli karbohidrat ve protein barındırır. ECM oluşumu, dokunun yapısal özelliklerini korumasını sağlayan en önemli basamak, bu yüzden oldukça kritik bir öneme sahip. ECM ile ilgili ileri okumaları sayfa sonunda bulabilirsini.

Doku oluşumu

Hücre-doku-organ-organizma (sistem) oluşum şematiği – Kaynak

Çoğalan farklılaşmış hücrelerin bir araya gelmesi ve ECM oluşumu neticesinde oluşan yapı, artık doku adını almıştır. Hatta yalnızca doku değil, “üretilmiş doku / engineered tissue” bile denilebilir bu yapıya. Bu noktada dokunun in vivo özelliklerine sahip olması oldukça önemli. Çünkü in vitro üretilen dokuların canlı içerisinde beklenen özellikleri göstermemesi en sık karşılaşılan sorunlardan (bkz. 2D-3D hücre kültürü farklılıkları üzerine olacak yazı)

Doku nakli

Bu basamağın adı üzerinde, bu aşamaya kadar gelerek ürettiğimiz dokunun canlı içerisine nakil işlemi ve daha sonrasında gerekli kontrollerin yapıldığı basamak. Bu aşamada en heyecan verici gelişmelerden birisi de şu ki, 3D hücre kültürü ile ürettiğiniz yapıyı (bkz. CAD ile uygun anatomide üretilen yapı) doku oluşumu basamağından önce canlı içine eklediğiniz durumda, ECM oluşumu ve dolayısıyla doku oluşumu basamakları direkt olarak canlının içerisinde gerçekleşiyor. Buna bağlı olarak vücut ve oluşan doku uyumunun bir seviye daha iyi gerçekleşmesi bekleniyor.


Temel olarak ele aldığımız bu basamaklar ile de novo (başından sonunda, kendiliğinden) doku oluşumu sağlayarak doku ve organ mühendisliği uygulamalarının hangi basamaklar üzerinden ilerlediğinden bahsettik. Bu noktadan sonra yapılabilecekler;

  • Bu basamaklarda çeşitli manipülasyonlar yaparak farklılıkların gözlenmesi veya,
  • Bu basamaklardaki işlemleri farklı teknikler ile gerçekleştirerek model ürünlerin ortaya çıkartılması olarak özelteyebiliriz.

Yapabilecekleriniz tamamen size ve hayal gücünüze kalmış!


İleri okuma metinleri

Hücre kültürü ve farklılaşma

  • Methods in Molecular Biology, Vol 75 Basic Cell Culture Protocols
    Edited by J W Pollard and J M Walker, Humana Press Inc, Totowa, NJ
  • Cell and Tissue Culture: The Base of Biotechnology, Onur Uysal, Tugba Sevimli, Murat Sevimli, Sibel Gunes, Ayla Eker Sariboyaci,Omics Technologies and Bio-Engineering 2018, Pages 391–429, 
  • Donnelly H, Salmeron Sanchez M, Dalby MJ. 2018 Designing stem cell niches for differentiation and self-renewal. J. R. Soc. Interface 15: 20180388.

Hücreler arası ortam (ECM)

  • Achilleas D. Theocharis, Spyros S. Skandalis, Chrysostomi Gialeli, Nikos K. Karamanos, Extracellular matrix structure, Advanced Drug Delivery Reviews, Volume 97, 2016, Pages 4–27,
    .
  • Svenja Hinderer, Shannon Lee Layland, Katja Schenke-Layland,
    ECM and ECM-like materials — Biomaterials for applications in regenerative medicine and cancer therapy, Advanced Drug Delivery Reviews, Volume 97, 2016, Pages 260–269,

Bonus

  • Shuler, M.L. Modeling Life, Ann Biomed Eng (2012) 40: 1399. 
  • Murphy, S. V. and Atala, A. (2013), Organ engineering — combining stem cells, biomaterials, and bioreactors to produce bioengineered organs for transplantation. Bioessays, 35: 163–172. doi:

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s

WordPress.com'da bir web sitesi veya blog oluşturun

Yukarı ↑

Web sitenizi WordPress.com ile oluşturun
Başla
%d blogcu bunu beğendi: