Gerçek İnsan Hücreleri ile Çalışan Bir Kalp Pompası, Üç Boyutlu Olarak Sıfırdan Üretildi!

Çığır açan yeni bir çalışmada, Minnesota Üniversitesi'ndeki araştırmacılar laboratuvarda 3 boyutlu olarak işler durumda olan, santimetre ölçekli insan kalp pompası bastılar. Bu buluş, ABD'nde yılda 600.000'den fazla insanın ölümüne yol açan kalp hastalıklarını önlemek için önemli bir gelişme olabilir. Çalışma, Amerikan Kalp Derneği'nin bir yayını olan Circulation Research'de yayımlandı ve bu derginin kapağında yer aldı.

Geçmişte araştırmacılar, pluripotent adı verilen insan kök hücrelerinden türetilmiş olan kardiyomiyositleri (kalp kası hücreleri) 3 boyutlu olarak basmayı denediler. Pluripotent kök hücreler, vücuttaki herhangi bir hücre tipine dönüşme potansiyeline sahip olan hücrelerdir. Araştırmacılar, bu kök hücreleri kalp kası hücrelerine yeniden programlayacak ve sonrasında bunları ekstraselüler matriks olarak adlandırılan 3 boyutlu yapı içinde basmak için özelleşmiş 3D yazıcılar kullanacaklardı. Problem, bilim insanlarının hiçbir zaman kalp kası hücrelerinin gerçekten fonksiyon gösterebilmesi için kritik olan hücre yoğunluğuna ulaşamamalarıydı.

Bu yeni çalışmada Minnesota Üniversitesi'ndeki araştırmacılar süreci tersine çevirdi ve bu işe yaradı. Bu çalışmadaki lider araştırmacı ve aynı zamanda Minnesota Üniversitesi Bilim ve Mühendislik Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölüm Başkanı olan Brenda Ogle şunları söylüyor :

İlk başta, kardiyomiyositleri 3 boyutlu olarak basmayı denedik ve biz de başarısız olduk. Bu yüzden ekip olarak, kök hücre araştırması ve 3D baskıdaki uzmanlığı ile yeni bir yaklaşım denemeye karar verdik. Ekstraselüler matriks proteinlerinden yapılan özelleşmiş mürekkebi optimize ettik, mürekkebi insan kök hücreleri ile bir araya getirdik, bu mürekkep ve hücreleri odacıklı yapıyı 3 boyutlu olarak basmak için kullandık. Bu kök hücreler ilk olarak, yüksek hücre yoğunluğu oluşturacak şekilde yaydırıldı ve daha sonrasında onları kalp kası hücrelerine dönüştürdük.

AHA Journals

Bu ekibin ilk defa bulduğu şey ise, hücrelerin tıpkı insan kalbindeki gibi birlikte atmasını mümkün kılmak için hedeflenen hücre yoğunluğuna bir aydan kısa bir sürede ulaşılabilmesiydi. Ayrıca, Minnesota Üniversitesi Kök Hücre Enstitüsü direktörü de olan Ogle şöyle devam ediyor:

Yıllar süren araştırmadan sonra vazgeçmeye hazırdık ama sonrasında biyomedikal mühendisliği doktora öğrencilerimden ikisi olan Molly Kupfer ve Wei-Han Lin, önce kök hücreleri basmayı denememizi önerdi. Son bir deneme yapmaya karar verdik. Laboratuvardaki kaba bakıp bütün şeyin kendiliğinden ve senkronize olarak kasıldığını, sıvıyı hareket ettirebildiğini gördüğümüzde inanamadık.

Ogle bunun kalp araştırmaları için çok önemli bir gelişme olduğunu söylüyor çünkü bu yeni çalışma, kalp kası hücrelerinin organize olabileceği ve birlikte çalışabileceği şekilde 3 boyutlu olarak basabileceklerini gösteriyor. Hücreler birbirlerinin hemen yanında farklılaştığı için bu durum, kök hücrelerin vücutta nasıl büyüyebileceğini ve ardından kalp kası hücrelerine nasıl özelleşebileceklerini gösteriyor.

Geçişteki diğer bir yüksek profilli araştırmayla karşılaştırıldığında; Ogle, bu buluşun kalbin vücuttaki kanı nasıl hareket ettirdiğini ölçebileceğimiz sıvı giriş ve çıkış yerleri bulunan kapalı kese şeklinde bir yapı oluşturduğunu söylüyor. Bu durum, bu buluşu kalp fonksiyonu üzerinde çalışmak için paha biçilemez bir araç yapıyor. Ogle şunları ekliyor:

Şimdi, insan kalbine benzemeye başlayan pompa yapısı ile hücre ve moleküler düzeyde neler olduğunu izleyebileceğimiz ve takip edebileceğimiz bir modele sahibiz. Hastalığı ve hasarı modele aktarabilir ve sonrasında ilaçların ve de diğer tedavilerin etkilerini çalışabiliriz.

Kalp kası modeli yaklaşık olarak 1.5 santimetre uzunluğunda ve ilerideki çalışma için bir farenin karın boşluğuna yerleşebilecek şekilde özel olarak tasarlandı. Ogle ayrıca şunları söylüyor:

Bütün bunlar basit bir konsept gibi görünüyor fakat bunu nasıl başardığınız oldukça karışık. Biz potansiyeli görüyoruz ve yeni buluşumuzun kalp araştırmalarında dönüştürücü bir etkisinin olacağını düşünüyoruz.