Çip Organlar

Atan kalplerden nefes alan akciğerlere, çip organlar insan biyolojisi araştırmalarının en yeni aygıtlarından biri. Bu aygıtlar insan vücudu parçalarından çok bilgisayar bileşenlerine benzese de, bilim insanları karaciğer, akciğer ve hatta dişi üreme sistemi dahil olmak üzere birçok organ çeşidi için çalışma modelleri geliştirdiler.

Araştırmacılar, bu aygıtları hastalıkları modellemek ve ilaçların geliştirilmesini kolaylaştırmak amacıyla kullanmayı hedeflemektedirler. Harvard Üniversitesi Wyss Biyoloji Temelli Mühendislik Enstitüsü kurucu başkanı Donald Ingber şu sözleri söylüyor:

“Hedefimiz, hayvan deneklere son vermek ve kişiselleştirilmiş tıp çalışmalarını daha etkili bir şekilde yürütmektir.”

Mini Akciğerler

Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsü

Wyss Enstitüsünde, bilim insanları 15’e yakın çip organ geliştirdiler. Bunların ilki şeffaf, başparmak büyüklüğünde, iki kanallı bir çip akciğer: biri hava dolu alveoler epitelyum hücreleriyle oluşturulmuş üst kanal, diğeri ise içinde beyaz kan hücreleri bulunan bir çözeltinin dolaştığı, kan damarı hücrelerinden oluşturulmuş alt kanal.

Araştırmacılar, insan biyolojisini daha iyi modellemek amacıyla ana kanalları oluşturan içi boş tüplerin vakum uygulamasıyla formunu değiştirerek nefes alma hareketini simüle etmişlerdir. Ingber’in konuyla ilgili sözleri şöyle:

“Çiplere dahil edilen bu yenilik doku gelişimi, korunması ve işlevselliği için kullanılan kimyasal ve genler kadar mekanik kuvvetlerin de önemli olduğunu gösteren çalışmama dayandırılmıştır. Bu akciğer alveol çipi normal organ düzeyi fizyolojisi ve hastalıklarının modellenmesine, fiziksel kuvvetlerin önemine dair yeni bilgilerin keşfedilmesine, tedaviye yönelik yeni hedeflere ve hatta yeni bir ilacın bulunmasına zemin oluşturmuştur.”

Ingber ve iş arkadaşları, bağırsak çipine peristaltik dalgalanmalara benzer hareketleri ve böbrek çipine kan damarı atışlarını eklediği gibi diğer çip organlara da mekanik güçleri dahil etmiştir.

Enstitünün en yeni icatlarından olan solunum yolu çipi, alveoler hücre yerine bronşiyal epitelyum hücreleriyle oluşturulması haricinde ilk akciğer çipine benzerdir. Ekip, bu çipi kronik obstrüktif akciğer hastalığı ve astımı modellemek için kullandı. Hatta bu çipi kullanarak insanın sigara içişini simüle etmek için dumanı soluyup bırakan bir makineyle birleştirip solunum borularına ait epitelyum doku üzerinde sigaranın etkisini incelediler.

Bariyer İnşası

Vanderbilt Üniversitesinde biyomedikal mühendisi olan John Wikswo tarafından yönlendirilen bir grup, beyin ve kan-beyin bariyerini incelemek üzere bir çip geliştirdi.

Wikswo The Scientist’e yazdığı e-postada şöyle diyor:

“Kortikal nöronlar ve bu nöronları koruyan kan-beyin bariyeri arasındaki etkileşimin öneminden dolayı sinir ve damar ünitesine odaklanmaya karar verdik, sinir-damar ünitesi ismi buradan geliyor.”

Sinir-damar çipi, beyni temsil eden bir bölme ile onu saran damar düzenini temsil eden diğer bölmeyi bir gözenekli zar yardımıyla birbirinden ayıran küçük bir oyuktan oluşur. İnsana ait kortikal nöronlar, mikro-damarsal endotel hücreleri, astrosit ve perisitlerden oluşur. Wikswo’ya göre bu yapı nöronların ve diğer hücrelerin, kan-beyin bariyeri boyunca iletilen iltihap sinyallerine ve ilaçlara verdiği metabolomik yanıtları incelememizi sağlar.

Ekip, sinir-damar çipini hastalık durumlarının araştırılması ve iltihabın etkilerinin incelenmesi gibi birçok uygulamada kullandı. Bugünlerde, bu teknolojiyi eczacılık sektörü için ilaçları test etmede kullanabilecekleri bir program başlatıyorlar.

Kalp Atışı

Southern California Üniversitesinde biyomedikal mühendisliği profesörü olan Megan McCain, canlı ve kalp atışına sahip kalp hücrelerini barındıran, silgi büyüklüğünde kalp çipleri üzerinde çalışıyor. Bu aygıtları oluşturmak için, araştırmacılar önce hastalardan deri hücresi alıyorlar ve bu hücreleri sonrasında kalp miyositleri haline getirmek üzere kök hücre olarak yeniden programlıyorlar. Üzerindeki biyoteknik yüzeyde kalbin doğal ortamını canlandırdıkları çiplere bu hücreleri yerleştiriyorlar. McCain şöyle diyor:

“Bizi ilgilendiren ana ölçüt kuvvetin oluşumudur.”

2014 yılında, o zamanlar Wyss Enstitüsünde çalışan McCain, zayıf kalp kaslarıyla ilişkili kalıtsal ve nadir görülen bir rahatsızlık olan Barth sendromunu modellemek için kalp çipini kullandı. Bugünlerde ekibi diğer hastalıklar üzerinde çalışma amacıyla bu aygıtları kullanmaya odaklandılar. McCain The Scientist dergisi için şunları söyledi:

“Bana göre, kalp çipi en çok hastalık modellemelerinde etkili olacak, özellikle de kalıtsal hastalıklarda. Nakavt fare (Evrim Ağacı notu: Genetik manipülasyona uğramış fare.) yapsak bile, insanlarda hastalığın tüm yönlerini saptayamıyoruz.”

Gerçeğe Yakın Gözler

Post-doktorasını Ingber’in laboratuvarında yapan ve Pennsylvania Üniversitesinde biyomühendislik profesörü olan Dan Huh ve iş arkadaşları göz kapağını kırpabilen göz çipi oluşturdular.

Genel itibariyle bir kontakt lensin biçimine ve büyüklüğüne sahip olan bu çip, göz merceğine benzemektedir. Çip, korneaya ve gözü koruyan sümüksel yapıya ait hücreler bulundurmaktadır. Ekip ayrıca göz kapağı da geliştirmiştir, yüzeye bağlı bu göz kapağı, kırpma hareketi yaparak çipin yüzeyini kaygan tutacak şekilde tasarlanmıştır. Huh şöyle söylüyor:

“Göz merceği dokusunu korumak için göz kapağını kırpma eyleminin çok önemli olduğunu bulduk. Bu platformu göz kuruluğu gibi belli kronik göz hastalıklarını simüle etmek için kullanıyoruz.”

Agora Bilim Pazarı

TYT ENERJİ FİZİK KONU ÖZETLİ SORU FASİKÜLLERİ (4 FASİKÜL)

Devamını Göster

₺470.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

Huh’a göre, ekibi bu çipi ilaçların test edilmesi ve geliştirilmesi, diğer göz rahatsızlıklarının modellenmesi ve ayrıca kontakt lenslerin test edilip en iyi hale getirilmesi amacı doğrultusunda kullanmayı hedefliyor. Ekip, bugünlerde retina çipi de geliştiriyor.

Huh, göz organının laboratuvarında ana odaklardan biri olduğunu belirtiyor. Ekip, plasenta ve akciğer gibi çeşitli organların çipleri üzerinde de çalışıyor.

Adet Döngüsü Simülasyonu

Birçok ekip, farklı organ çiplerini birleştirip insan vücudundaki sistemleri ve hatta bütün bir insan bedenini yeniden yaratmayı hedefliyor. Northwestern Üniversitesinde kadın hastalıkları ve doğum profesörü Teresa Woodruff ve çalışma arkadaşları, kadın üreme sistemini modellemek için beş mini çipi el büyüklüğündeki bir çipte birleştirmişlerdir.

Çip EVATAR olarak isimlendirilmiştir. 5 mini organ -yumurta kanalı, rahim, vajina, yumurtalık ve karaciğer- içeren bu çip, kanımsı bir yapıya sahip mavi bir sıvıyı birçok tüp ve pompadan geçirir. Woodruff şöyle söylüyor:

“Bu sistem bize, atıkları ayrıştıracak ve temiz besinleri getirecek şekilde ortam akışına olanak tanır. İnsan bedeninde de sistem böyle çalışır.”

Dolaşımda bulunan sıvıya hormon ekleyen ekip 28 günlük adet dönemini simüle edebilmiştir.

Araştırmacılar EVATAR’ı ilaçların test edilmesi ve geliştirilmesinin yanı sıra, üreme fizyolojisi ve hastalıkları üzerine araştırmalar yapılması için kullanmayı da hedeflemektedirler. Ayrıca, ekip erkek üreme sistemi için de bir çip (ADATAR) üzerinde çalışmaktadır.

Bileşik Çip Organlar

MIT’de biyoloji mühendisliği profesörü olan Linda Griffith ve çalışma arkadaşları Amerika Birleşik Devleti Savunma İleri Araştırma Projeler Komisyonu (DARPA) tarafından finanse edilen iki ekipten biridir. Diğer ekip ise Wyss Enstitüsündedir. Bu iki ekip, bir entegre devrede on farklı mini organ sistemini birbirine bağlamayı hedefliyor. Griffith şöyle söylüyor:

“Bir ay boyunca on mikrofizyolojik organ sistemini birbirine bağlı tutarak önemli bir DARPA aşamasını tamamladık.”

Birçok organ çipini birbirine bağlamak, araştırmacılara organ etkileşimlerini inceleme olanağı tanır. Son deneylerinin birinde Griffith ve ekibi, bağırsak çipi ve karaciğer çipinin birbirine bağlandığı bir sistemde iltihabın etkilerini inceledi. İnceleme, birçok başka şeyin yanında, iki organ arasındaki karşılıklı iletişimin gen ifadesini ve dokuya özgü fonksiyonları nasıl etkilediğini ortaya çıkardı. Griffith şöyle ifade ediyor:

“Benim düşünceme göre, bir organ içerisinde veya organlar arasında çoklu etkileşimde bulunabilen hücre tiplerini içeren karmaşık fizyolojinin incelenmesinin ilk aşamalarındayız, özellikle doku hücreleriyle etkileşim halinde olan bağışıklık sistemleri söz konusu olduğunda. Programımız büyük oranda bağışıklık bilimine odaklanmaktadır.”

Uzayda Beyin Çipleri

Emulate şirketi akciğer çipi, karaciğer çipi, bağırsak çipi dahil olmak üzere Wyss Enstitüsünde geliştirilen organ çipleri teknolojisine ticari bir nitelik kazandırmak için yeni kurulmuştur. Bu çipler farklı hücre türleri ve işlevleri barındırmasına rağmen, standardize edilmiş tasarımları nedeniyle dışarıdan bakınca benzer görünmektedirler. Şirket geçenlerde beyin çiplerini Uluslararası Uzay İstasyonu’na gönderme planlarını açıkladı. Bu çipler, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda, diğer birçok şeyin yanı sıra, kan-beyin bariyeri ve stres etkenlerinin ya da iltihabın beyin fonksiyonlarını nasıl etkilediği üzerine incelemelerde kullanılacak.

Şirketin beyin çipi, hem nöronlara hem de damarsal endotel hücrelerine sahiptir, ayrıca beyin fizyolojisi ve kan-beyin bariyerini modellemek için üretilmiştir. Emulate’in başkanı ve bilimsel yetkilisi olan Geraldine Hamilton şöyle söylüyor:

Beynin tümünden ziyade sadece en küçük işlevsel birimini yeniden yaratmaya çalışıyoruz. Mesela bu örnekte, oldukça özgün bir şekilde birbiriyle etkileşim kuran ve yine oldukça özgün bir şekilde dizilmesi gereken mikro-damarsal endotel hücreleri, nöronlar, astrositler ve perisitlerden oluşan kan-beyin bariyerini aldık. Çip içinde, çok küçük bir ölçekte, tekrar yarattığımız şey işte budur.