Domuz Embriyosunda İnsanlaştırılmış Böbrekler Yetiştirildi!

Guangzhou Biyotıp ve Sağlık Enstitülerindeki araştırmacılar, insan ve domuz hücrelerini birleştirerek kimerik embriyo (farklı genetik bileşime sahip hücrelerden oluşan tek bir organizma) yaratmayı başardı. Yaratılan kimerik embriyo; taşıyıcı domuz anneye heterolog doku transplantasyonu yöntemiyle aktarıldı. 28 gün içerisinde, insanlaştırılmış katı böbreğin normal yapıya ulaştığı ve ince boru yapısını oluşturabildiği gözlemlendi. Yani insanlaştırılmış katı bir organ, ilk kez başka tür bir canlının içerisinde büyütülebildi!

Önceki çalışmalarda da domuzlardan kan ve iskelet kası yaratabilmek için bu araştırmadakilere benzer yöntemler kullanılmıştı. Araştırmacıların çalışmalarında böbreklere odaklanmasının sebebi, böbreklerin gelişim sürecinde oluşan ilk organlardan ve insan tıbbı içerisinde en sık nakledilen organ olmasıdır. Guangzhou Biyotıp ve Sağlık Enstitüleri, Çin Bilimleri Akademisi ve Wuyi Üniversitesinden kıdemli yazar Liangxue, çalışmaları hakkında şunları söylüyor:

Sıçanın organlarını farede üretmede ve farenin organlarını sıçanda üretmede başarılı olunabilmişti, fakat insan organlarının domuzda büyütülmesi daha önceki denemelerde başarısız olmuştu. Bizim uyguladığımız yöntem ise, hem insan hücrelerinin alıcı dokularla birleşmesini geliştiriyor hem de insan organlarının domuzlarda oluşmasına olanak sağlıyor.

İnsan kök hücresinin domuz embriyosuyla birleştirilmesi zor bir işlemdir. Bunun sebebi, domuz hücrelerinin insan hücrelerine rekabet üstünlüğü sağlaması ve iki hücrenin de farklı fizyolojik ihtiyaçları bulunmasıdır. Guangzhou Biyotıp ve Sağlık Enstitülerinden kıdemli yazar Guangjin Pan, yaşadıkları zorlukların üstesinden nasıl geldiklerini şu şekilde anlatıyor:

Türler arası geliştirilmiş kimeralardaki son derece düşük verimliliğin üstesinden gelebilecek mekanizmalar üzerinde çalışıyoruz. Bunun için hücre rekabetini kolaylaştırarak türler arası kimera oluşumunu destekleyen birkaç kritik faktör belirledik.

Araştırmacıların kullandığı yöntemler şu üç temel bileşeni içeriyor:

• İlk aşamada, insan hücrelerinin domuz hücreleriyle rekabet etmesini engellemek için genetik mühendisliğinden CRISPR teknolojisine başvurdular. Bu teknolojiyi kullanarak tek hücreli bir domuz embriyosundan böbrek gelişimi için gerekli olan iki geni çıkardılar. Bu sayede domuz embriyosunun içinde bir niş, yani bir mikrohabitat yarattılar.
• İkinci aşamada araştırmacılar, hücrelerin birleşme verimliliğini artırmak ve kendi kendilerini yok etme olasılıklarını düşürmek için çalışmalar yaptılar. Öncelikle insan pluripotent kök hücrelerini, yani herhangi bir hücre tipine dönüşme potansiyeline sahip hücreleri yeniden tasarladılar. Bu sayede; apoptoz sürecini geçici olarak durdurdular. Daha sonra bu hücreleri, insandaki erken evre embriyo hücrelerine benzeyen sade hücrelere dönüştürmek için özel bir çevrede çoğalttılar.
• Üçüncü aşamada; gelişmekte olan embriyoları taşıyıcı dişi domuzlara aktarmadan önce, kimerik embriyolara özgü bir besi ortamı yarattılar. Bunun sebebi insan ve domuz hücrelerinin genellikle farklı ihtiyaçları olmasıydı. Bu yüzden kimeralara özgü besinler verip sinyaller göndererek optimize bir büyüme sağladılar.

Üç yöntemin uygulanmasının sonucunda, araştırmacılar toplamda 1.820 embriyoyu 13 taşıyıcı anneye aktarmayı başardı. 25 ila 28 gün sonra hamileliği sonlandırdılar ve kimeraların başarılı bir şekilde insanlaştırılmış böbrekleri üretip üretmediklerini değerlendirmek için embriyoları çıkardılar. Analiz için 25. günde iki ve 28. günde 3 olmak üzere toplamda 5 kimerik embriyo toplandı. Embriyoların gelişim aşamalarına göre yapılarının normal böbrekler gibi olduğuna karar verdiler. Özellikle böbrek yapılarının %50 ila %60 kadarı insan hücrelerinden oluşuyordu. Böbrekler, 25. ve 28. günlerde mezonefroz, yani böbrek gelişiminin ikinci aşamasındaydı. Ayrıca böbreği idrar torbasına bağlayan organ olan üreterlere dönüşecek ince boruları ve hücre tomurcuklarını oluşturmuşlardı.

Ekip aynı zamanda, insan hücrelerinin embriyodaki diğer dokularda bulunup bulunmadığını da araştırdı. Özellikle sinir ve eşey dokularında bol miktarda insan hücresine rastlanırsa ve domuzlar doğurganlığa gelirse bu durum etik sonuçlar doğurabilirdi. Araştırmaları sonucunda insan hücrelerinin çoğunlukla böbreklerde yoğunlaştığını, embriyonun geri kalanının ise domuz hücrelerinden oluştuğunu gösterdiler. Gunangzhou Biyotıp ve Sağlık Enstitülerinden kıdemli yazar Zhen Dai, hücre dağılımları hakkında şunları söylüyor:

Domuz embriyosunda bir niş yaratılırsa insan hücrelerinin doğal olarak bu boşluklara girebildiğini bulduk. Beyinde ve omurilikte çok az sayıda insan sinir hücresine rastladık ve genital bölgede hiçbir insan hücresi yer almıyordu. Bu da pluripotent kök hücrelerinin eşey hücrelerine farklılaşmadığının bir göstergesi.

Araştırmacılar, böbrek dışındaki organlarda insan hücresi oranını azaltmak için gelecek çalışmalarda insan pluripotent kök hücrelerindeki daha fazla genin çıkarılabileceğini söylüyor.

Deney sonuçlarından yola çıkarak, araştırmacılar sonraki çalışmalarında böbreklerin taşıyıcı anne domuzların içerisinde daha uzun süre gelişmesine olanak tanıyacaklar. Aynı zamanda, pankreas ve kalp gibi diğer insan organlarını da domuzlarda üretme üzerine çalışmalarını sürdürüyorlar.

Araştırmadaki uzun vadeli hedefleri; bu teknolojiyi insan organ nakli için optimize edebilmek. Fakat araştırmacılar optimizasyonun oldukça karmaşık olduğunu söylüyor ve tamamlanmasının yıllar sürebileceğini düşünüyorlar.

Yani domuzlarda tam fonksiyonel insanlaştırılmış organ büyütmek birkaç adıma daha ihtiyaç duyabilir. Bunun sebebi, organ yapısının farklı birçok hücre tipi ve dokudan meydana gelmesidir. Bu çalışmada ise araştırmacılar yalnızca bir hücre tipini kullanarak niş oluşturdular, bu da böbreklerin domuzdan türetilmiş damar hücrelerine sahip olduğu anlamına geliyordu. Bu sebeple bir organ nakli senaryosunda bu böbreklerin kullanılması vücudun organı reddetmesiyle sonuçlanabilirdi. Guangzhou Biyotıp ve Sağlık Enstitülerinden kıdemli yazar Miguel A. Esteban, hücre çalışmaları hakkında şunları söylüyor:

Organlar sadece tek bir hücre soyundan oluşmadığı için, bütün hücreleri sadece insana ait bir organ yaratabilmek istiyorsak domuzları daha detaylı bir şekilde kullanmamız gerekiyor. Bu da bazı ek zorlukları beraberinde getiriyor.

Bu teknoloji aynı zamanda insan organlarının gelişimini ve gelişimsel hastalıkları incelemek için de kullanılabilir. Prof. Dr. Esteban, bu teknolojinin nasıl kullanılabileceği hakkında şunları söylüyor:

Bu çalışma organ yapımının son aşamasına gelmeden önce klinik uygulamalar için rafa kaldırılırken uygulanan metot insan gelişiminin incelenmesi adına yeni bir pencere aralıyor. Çünkü enjekte edilen insan hücreleri takip edilebiliyor ve düzenlenebiliyor. Bu hücrelerin manipülasyonu, hastalıkların ve hücre soylarının nasıl oluştuğunun incelenebilmesine olanak sağlıyor.