WPI Takımı Ispanak Yaprakları Üzerinde Kalp Dokusu Yetiştirdi

Araştırmacılar, insan dokularının ve organlarının yeniden üretilmesini engelleyen büyük bir biyomühendislik problemini çözebilmek için bitkilerin damar sistemlerine dikkatlerini çevirdi..

Araştırmacılar, hastalıkları olan veya travmatik incinme geçiren kişilere nakledebilmek için insan doku üretimini küçük laboratuvar örneklerinden tam boyutlu dokulara, kemiklere, hatta bütün organlara dönüştürebilmeyi hedeflerken çok temel bir zorluk ile karşı karşıya kaldılar: gelişen hücrenin içine kan gönderebilmesi için nasıl bir damar sistemi üretilir.

3 boyutlu yazıcı da dahil olmak üzere güncel biyomühendislik teknikleri, uygun bir dokunun gelişebilmesi için gereken oksijen, besin ve gerekli molekülleri ulaştırabilecek bir damar sistemini kılcal damarına kadar kopyalayamaz durumdadır. Bu problemin üstesinden gelebilmek için, Worcester Polytechnic Institute (WPI), Wisconsin-Madison Üniversitesi ve Arkansas Eyalet Üniversitesi’nde bulunan bir multidisipliner araştırma takımı dikkatlerini bitkilere verdi. Takım, ön bulgularını Biomaterials dergisinin Mayıs 2017 sayısından önce online olarak “Krallıkların çarpışması: Hücresizleştirilmiş bitkileri sıvanabilir doku geliştirme iskeleleri olarak kullanma”.

Yazarlar, “Bitkiler ve hayvanlar sıvı, kimyasal ve makromoleküllerin taşınması için özünde farklı olan yaklaşımları kullanırlar, ama damar sistemi yapılarında şaşırtıcı benzerlikler vardır,” dedi. “İskele olarak kullanım için hücresizleştirilen bitkilerin kullanılması, bitkilerin ve hayvanların arasındaki taklitlerin araştırılmasını ele alacak yeni bir bilim dalı ortaya çıkarabilir.”

Birkaç araştırma dizisinde takım, hayatta olan insan kalp hücrelerini, bitki hücrelerinden arındırılmış ıspanak hücrelerinde kültürlediler. Ispanağın vaskülatöründe insan kan hücrelerine benzeyen mikro-boncukları akıttı ve damarları dizeleyen insan hücreleri ile ıspanak damarlarını tohumladılar. Bu kavram kanıtlama araştırmaları, birçok ıspanak yapraklarının kalp krizi geçirmiş hastalarda kullanmak için sağlıklı kalp kası katmanları üretmek için kullanabilme kapısını açtı.

Diğer hücresizleştirilmiş bitkiler, geniş çapta doku mühendisliği teknolojisine temel olabilir. WPI’da biyomedikal mühendislik profesörü ve araştırmaya eş yazar olan Dr. Glenn Gaudette, “Daha yapmamız gereken çok iş var, ama şu ana kadar umut verici gibi gözüküyor,” dedi. “Binlerce yıldır çiftçiler tarafından yetiştirilen binlerce bitkilerin doku mühendisliğinde kullanmak için adapte edilmesi, bu alanı limitleyen birçok problemleri çözebilir.”

WPI araştırma takımında Gaudette’ye ek olarak, biyoloji ve biyoteknolojide olan ve insan hücre gelişiminin moleküler mekaizmalarını çalışan Doç. Dr. Tanja Dominko; biyoloji ve biyoteknolojide profesör ve bir bitki biyoloğu olan Dr. Pamela Weathers; ve biyomedikal mühendisliğinde profesör olan Dr. Marsha Rolle vardır. Bu işbirlikçi takıma bir de Wisconsin ve Arkansas’da bulunan kök hücre ve bitki biyolojisi araştırmacıları da dahildir. Gaudette “Bu proje disiplinlerarası araştırmaların önemini vurguluyor” dedi. “Değişik uzmanlık alanları olan insanların, probleme değişik bakış açıları ile yaklaşması sonucunda özgün çözümler doğabilir.”

Araştırmanın ilk yazarı, araştırmaları tasarlayan ve gerçekleştiren, ve yaprakların damarlarına temizleyici bir solüsyonun akıtılması veya “sıvanması” ile ıspanak yapraklarını hücresizleştirmenin etkili bir yolunu bulan, Gaudette’nin laboratuvarında bulunan mezun öğrenci Joshua Gershlak’dır. Gershlak “Hücresizleştirme işlemini insan kalplerinde daha önce yapmıştım," dedi, "ve bir ıspanak yaprağı sapına baktığımda bana şahdamarı andırdı. Ben de, öyleyse saptan sıvayalım diye düşündüm. İşe yarayacağından emin değildik ama çok kolay ve tekrarlanabilen bir süreç haline geldi. Diğer birçok bitkide de işe yarıyor.”

Bitki hücreleri yıkandığında geriye kalan tek şey, insanlara zararsız doğal bir madde olan selülözden kalan bir çerçevedi. Yazarlar “Selülöz biyouyumludur (ve) kıkırdak doku mühendisliği, kemik doku mühendisliği ve yara iyileştirme gibi birçok rejeneratif medikal uygulamalarda kullanılmıştır” dedi.

Ispanak yapraklarına ek olarak takım, maydanoz, Artemesia annua (pelin), ve fıstık saçak köklerinden de hücreleri temizlemeyi başardılar. Takım, bu tekniğin özelleştirilmiş doku rejenerasyon araştırmaları için adapte edilebilecek birçok bitki türlerinde işe yarayacağını düşünüyorlar. Yazarlar “Ispanak yaprağı, kalp dokusu gibi çok damarlı dokular için daha iyi olurken, Impatiens capensis (dokunmabana çiçeği) sapının geniş silindirik boş yapısı arteryel nakli için daha uygundur. Aksine, odunların damarsal sütunları, güçlü olmaları ve geometrileri nedeniyle kemik mühendisliği için uygun olabilir,” diye devam etti.

Bitkilerin doku mühendisliği için kullanılmasının ekonomik ve çevresel yararları da vardır. “Bitki doku iskelelerinin yumuşak kimyasını kullanarak, birçok kısıtlamaları ve sentetik ve karmaşık bileşim maddelerinin yüksek fiyatlarını aşabiliriz. İyi tarımsal teknikler kullanarak ve kontrol altında tutularak kolaylıkla bitki büyütebiliriz. Çevreye zararsız bitki hücrelerini, sıvama temelli hücresizleştirme ile birleştirerek, vaskülarize öncesi doku mühendisliği iskelelerinin sürdürülebilir bir çözümü olabileceğini göterdik.”

WPI’da araştırma birkaç çizgide devam ediyor. Gaudette, hücresizleştirme sürecini optimize etme ve çeşitli insan hücre tiplerinin bitki temelli iskelelere bağlı ve olanak dahilinde onlardan beslendiğinde nasıl geliştikleri hakkında araştırmalar yapılıyor. Dahası, insan hücresinden kan ve sıvı çıkışı için ikinci bir damar sistemi tasarlama olanakları keşfediliyor. Gershlak 7 Nisan 2017’de, Boston’da gerçekleşecek Ulusal Mucit Akademisi Öğrenci Yenilik Gösterisinde bu araştırmayı 200’den çok yetenekli mucit ve teknoloji pazarlama liderlerinin önünde sunacaktır.

Kaynak: https://www.wpi.edu/news/wpi-team-grows-heart-tissue-spinach-leaves

Çeviren ve Derleyen: Ayşegül Kazan

#takımı #ispanak #yaprakları #üzerinde #dokusu #yetiştirdi