"Cyborg" Organoidler, Organ Gelişiminin İlk Evrelerini Anlamamızı Sağlayabilir!

Organ gelişiminin ilk günlerinde neler olur? Nasıl olur da küçücük bir hücre grubu bir kalp, bir beyin veya bir böbreği meydana getirmek için organize olur? Hiçbir sensör bu süreci hücrelere zarar vermeden gözlemleyebilecek kadar küçük veya esnek olmadığı için, gelişimin bu hassas süreci uzun zamandır gelişimsel biyolojinin kara kutusu durumundaydı.

Şimdi ise, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi'ndeki (SEAS) araştırmacılar tarafından tam entegre sensörler ile organoid olarak bilinen basitleştirilmiş organlar geliştirildi. Bu cyborg organoidler, organ gelişiminin ilk evreleri hakkında değerli bir bakış ortaya koyuyor. Araştırma Nano Letters'da yayınlandı. Çalışmanın yazarlarından ve SEAS Biyomühendislik bölümünde yardımcı doçent olan Jia Liu açıklıyor:

Lisedeyken, 2 boyutlu hücre yapısından 3 boyutlu organlara uzanan doğal organ gelişim sürecinden çok etkilenmiştim. Eğer büyümekte olan bir doku ile birlikte gelişebilecek esneklikte ve yumuşaklıkta, nano boyutta elektronik aksamlar geliştirebilirsek bu aksamlardaki gömülü sensörlerin, bu gelişimsel sürecin bütün etkinliklerini ölçebileceğini düşünüyorum. Bu sürecin sonucunda karşılaşacağımız ise, bir parça doku ile birlikte bu dokunun tamamına yayılmış ve tüm hacmiyle bütünleşmiş nano boyutta bir cihaz olur.

Liu bu cihaz üzerinde çalışmaya, bir yüksek lisans öğrencisi olarak Joshua ve Beth Friedman Üniversitesi Profesörü Charles M. Lieber'ın laboratuvarında başladı. Çalışmanın sonucunda ise, dokunun belirli bölgelerine yerleştirilebilecek esnek ve ağsı yapıya sahip bir nanoelektronik parça geliştirdi.

Liu ve ekibi bu tasarımı geliştirirken, düz sıra halindeki ağ şeklini kıvrımlı bir yapıya dönüştürerek (giyilebilir elektroniklerde kullanılan yapılara benzer) bu elektronik aksamların esnekliğini artırdı. Akabinde, oluşturulan ağsı yapıyı, hücreler arası çekim kuvvetleri sayesinde hücrelerin bu nanoelektronik aksamları kaplayıp beraber gelişebilecekleri 2 boyutlu bir kök hücre tabakası üzerine aktardılar. Bu kök hücreler 3 boyutlu bir hal almaya başladığında, nanoelektronik aksamlar da kendilerini hücrelerle birlikte sorunsuz bir şekilde şekillendirdi, sonucunda da gömülü sensörleri ile birlikte tamamen gelişmiş 3 boyutlu organoidler oluştu.

Sonrasında kök hücreler kalp kası hücrelerine dönüştü ve araştırmacılar bu elektrofizyolojik etkinliği 90 gün boyunca görüntüleyip kaydedebilme olanağı yakaladılar. Liu ekliyor:

Bu yöntem, bize bu gelişimsel süreci aralıksız görüntüleme ve her bir hücre dinamiğinin bütün bu süreç boyunca nasıl etkileştiğini ve senkronize olduğunu anlayabilme imkanı sağladı. Yöntem, beyin ve pankreas organoidleri de dahil herhangi bir organoidi cyborg organoidlere dönüştürmek için kullanılabilir.

Cyborg organoidler, biyolojinin temel sorularını cevaplandırmada yarar sağlayabilecek olmanın yanı sıra hastaya özgü ilaç tedavilerinin test edilip bu süreçlerin görüntülenmesinde ve transplantasyon süreci dahilinde kullanılabilirler.