Kalp Hücrelerinden Üretilen Yapay Balık, Kalp Atışının Prensiplerini Kullanarak Bir Balık Gibi Yüzebiliyor!

Yapay organ üretiminde yaşanan zorluklar düşünüldüğünde, tamamıyla bir hayvan üretmek biraz abartı gibi gelebilir. Ancak yapay kalpler üzerinde çalışan araştırmacılar, tam da bunu başardılar: İnsan kalp hücresinden üretilen biyo-hibrit balık, bu alanda bir dönüm noktası. Zebra balığınınkine benzeyen hareketi gücünü kalp atışlarından alıyor. Bu buluş, bir gün sevdiğiniz birinin hayatını bile kurtarabilir!

Michael Rosnach

Organ nakli donörlerinin (vericilerinin) sayısı o kadar az ki, bazı domuzların genetiği değiştirilerek insanların kullanabileceği kalpler üretmeleri sağlanıyor. Harvard Üniversitesi'nden bir ekip ise farklı bir yaklaşım benimsedi: Bu ekibin amacı, kalp kök hücrelerinden yapay kalp üretmek! Asıl hedeflerine henüz ulaşamamış olsalar da başka bir girişimde bulunarak, hücrelerden biyo-hibrit bir yapay balık üretmeyi başardılar. Böylece insana ait kök kalp hücrelerinden ilk otonom biyo-hibrit aygıtı üreten ekip, başarısını Science dergisinden duyurdu.^[1] Profesör Kit Parker şöyle açıklıyor:

Nihai amacımız, kalplerinde kusur olan çocuklar için yapay kalpler üretmek. Kalp görüntülemeyi baz almak yerine, kalbin çalışmasını sağlayan temel biyofiziksel prensipleri tespit ediyoruz. Ardından bunu tasarımımız için kriter olarak kullanıyoruz. Böylece aynı prensipleri kopyalayarak canlı ve yüzen bir balık üretebiliyoruz. Bu sayede başarılı olup olmadığımızı görmek çok daha kolay oluyor.

Aygıta "biyo-hibrit" denmesinin sebebi, biyolojik olmayan materyaller ile insan hücrelerini bünyesinde birleştirmesi. Gövdesi jelatin ve kağıttan, suda batmamasını sağlayan kısım ise plastikten yapıldı.

Ne de olsa bir kalbin temel özelliği, atması. Kalbi oluşturan hücreler de onun gibi atıyor. Ekip, 73 bin kök hücreyi kalp kası hücresine çevirdikten sonra, zebra balığının yapısına benzer şekilde konumlandırdı. Böylece kuyruk yüzgecinin iki tarafına da ikişer tane kas hücresi tabakası geliyor. İki taraftaki bu kaslar farklı renklerdeki ışığa duyarlı retinal protein içeriyor. Işığın rengi değiştirilerek hücrelerin uyumsuz şekilde atmaları sağlanıyor. Bu yöntemle bir taraf kasılırken diğer taraf geriliyor. Kuyruk da iki tarafa doğru sırasıyla çekiliyor. Balıklar için renk cümbüşü!

Bu hareket yapay balığın ilerlemesini sağlıyor. Ekip, hücrelerin bu hareketi glikoz (şeker) bakımından zengin tuzlu suda 108 gün devam ettirebildiğini gösterdi. Çalışmanın başyazarlarından biri olan Dr. Keel Yong Lee şunu söylüyor:

İki kas tabakası arasındaki mekano-elektronik sinyallerden yararlanarak her kasılmanın diğer tarafta otomatik olarak gerilmeye yol açtığı bir döngü yarattık.

Kalp atışının sıklığı ve ritmini bir kalp temposu yumrusu kontrol ediyor. Ekip bu sayede kalp temposunu ayarlayan bir kopya üretme konusunda da pratik yapmış oluyor.

Aslında bu balık, aynı laboratuvarda daha önce üretilen bir denizanası ve bir çeşit vatozun geliştirilmiş modeli. Onlardan en önemli farkı ise sıçan kalp hücrelerinin kullanıldığı seleflerinin aksine bu balıkta insan hücreleri kullanılmış olması. Aynı zamanda kalp atış temposunu denetleyen ikili mekanizması sayesinde diğerlerine göre çok daha iyi bir yüzücü.

İşin belki de en dikkat çekici yanı biyo-hibrit aygıtın "balık" olma konusunda gittikçe iyileşmesi. Yüzme egzersizi hücreleri güçlendirdi ve kas koordinasyonunu geliştirdi. Sonuç olarak balık ilk ayın sonunda daha hızlı yüzüyordu!

Tabii bunların hiçbiri yakın zamanda yaşayan insanların vücudunda kök hücrelerden üretilen kalplerin kan pompalayacağı anlamına gelmiyor, ancak Parker ilerleme kaydedildiğini düşünüyor:

Oyun hamurundan bir kalp modeli yapabilmem, gerçek bir kalp üretebileceğim anlamına gelmiyor. Bazı gelişigüzel tümör hücrelerini bir kapta büyütebilirsiniz. Sonunda oluşan zonklayan pıhtı yumağına kalbe benzer bir organımsı da diyebilirsiniz. Bu çabaların hiçbiriyle hayatınız boyunca bir milyardan fazla kez atan ve bunu yaparken hücrelerini yeniden inşa edebilen bir sistemi taklit etmeyi başaramazsınız. İşin zorluğu burada. Biz asıl bunun için çalışıyoruz.