İngilizler Biyoprinterda İnsan Kalbi Bastılar - Kozan Demircan
Kozan Demircan | 13/02/2017 | Bilim-Teknoloji | Yorum yapılmamış
Kırılan kalpleri onarmak zordur; ama İngiliz araştırmacılar biyoprinterda ilk kez canlı kalp gibi atan ve kan pompalayan insan kalbi bastılar. Plastik yerine canlı doku basan biyoprinterlar ile gelecekte organ nakline gerek kalmayacak ve hastalıklı organları yenisiyle değiştirmek mümkün olacak. Peki nasıl?
Kalp ameliyatına son
York Üniversitesi’nden kimya profesörü Muhammad Yousaf ve ekibi, laboratuar ortamında kullanılan biyoprinterla ilk kez sağlıklı şekilde atan ve kan pompalayan 3B insan kalbi bastı.
Bugüne dek biyoprinterda inşaat iskelesi yerine geçen organik kalıplar olmadan organ basmak mümkün değildi. Ancak, bebeklerin ana karnında inşaat iskelesine gerek kalmadan büyüdüğünü biliyoruz. 🙂 York Üniversitesi de bunu yaptı ve organik kalıp kullanmadan doğal kalp bastı.
Şimdilik sadece kalp dokusu
Hekimler henüz tam boy insan kalbi basmayı başaramadılar; ama gerçek kalp gibi atan üç boyutlu kalp kası dokusu basarak bu yolda önemli bir ilerleme kaydettiler. Profesör Yousaf konuyu şöyle açıklıyor:
“Gelecekte kalp rahatsızlığı olan hastaların açık kalp ameliyatından sonra kesin bir şekilde iyileşmesi için kalp dokularının genç insanlarda olduğu gibi yenilenmesi gerekiyor. Henüz insan vücudundaki organları kök hücre tedavisiyle yenilemeyi başaramadık.”
“Ancak, biyoprinterda sağlıklı insan kalbi basabilir ve bunu organın reddedilmesi riski olmadan hastaya nakledebiliriz. Böylece hastaların organ bağışlama süreci için sıra beklemesine gerek kalmaz.”
360 kiloluk entegre biyoprinter ITOP.
Biyoprinterda basılan, sağlıklı bir şekilde atan ve gelecekte tam boy insan kalbine dönüşebilecek olan 3B kalp dokusunun çok önemli bir avantajı daha var: Kalp krizi geçiren hastaların kalp kasları genellikle zarar görüyor ve bu hastalar ameliyattan sonra tam olarak sağlığına kavuşamıyor.
Hatta stent takarak tıkalı damarları açmak veya diyabet nedeniyle kurumuş olan damarları değiştirmek de pek işe yaramıyor. Kişinin metabolizması bozulduğu için ameliyatla açılan damarlar birkaç ayda yağ bağlayıp tekrar tıkanabiliyor. Bütün bunlar hastanın damar temizleme sisteminin bozulmasından kaynaklanıyor.
Oysa hastadan kök hücre alıp bu hücreleri genetik olarak programlayarak biyoprinterda sağlıklı insan kalbi basmak bu tür sorunları ortadan kalkıyor. Hastaların 18 yaşındaki genç bir kalbe kavuşması damarların hızla tıkanmasını engelliyor (tabii eski sağlıksız besinleri unutmak gerekiyor)!
İlgili yazı: Ay Nasıl Oluştu? >> 10 soruda uydumuz hakkında en şaşırtıcı gerçekler
Cırt cırtlı ayakkabı teknolojisinin organ basmada kullanılacağı kimin aklına gelirdi?
Kalıpsız insan kalbi nasıl basılır?
Yousaf ile ekibi önce kas hücreleri, bağ dokusu ve damar hücrelerini tek tek klonladılar. Sonra da bu dokuların tıpkı cırt cırtlı ayakkabı bağı gibi iç içe geçerek birbirine yapışmasını sağladılar. Böylece gerçek insan kalbi üretimine yönelik üç boyutlu doku ürettiler.
Bu sayede kalp hücreleri de organik kalıba gerek kalmadan iç içe geçerek sağlıklı ve eşzamanlı bir şekilde atmaya başladı. Ancak, tam boy kalp olmadan sadece canlı kalp dokusu basmanın da yararları var.
Hayvanların kobay olarak kullanılmasına son.
Örneğin ilaç testleri
Bugüne dek insanlar için geliştirilen ilaçları önce kobay farelerde test ediyorduk; çünkü insanlara zarar verebilecek deneysel ilaçları gerçek hastalarla test etmek çok tehlikeliydi. Öte yandan, kobay fare testleri de iki büyük soruna yol açıyordu:
Öncelikle farelerin bünyesinin bize çok benzemesine rağmen farelerde test edilen ilaçların birçoğu insanda sonuç vermiyordu. Dolayısıyla bir ilacın laboratuardan çıkıp eczanelerde satışa sunulması 20 yıl alıyor, milyarlarca dolara mal oluyor ve bu da yeni tedavilerin yaygınlaşmasını geciktiriyordu.
İkincisi ilaç testleri kobay farelerle diğer hayvanlara zarar veriyor ve içlerinden birçoğunun ölümüne yol açıyordu. Bu durum hayvanları koruma derneklerini ayağa kaldırıyordu.
Canlı doku basmak özen istiyor.
Hızla pazara sunulan etkili ilaçlar
Oysa biyoprinterda sağlıklı insan kalbi basarsak kalp ilaçlarını hayvanlara zarar vermeden hızla ve istediğimiz gibi test edebiliriz. Böylece ciddi bir yan etkisi olmayan en etkili ilaçları birkaç yılda geliştirerek eczanelere sunabiliriz.
Sonuçta kalp rahatsızlığı dünyada en büyük ölüm sebebi ve Kuzey Amerika’daki ölümlerin yüzde 40’ını oluşturuyor. Kalp hastalıklarının kesin olarak tedavi edilmesi ortalama insan ömrünü uzatmak açısından büyük önem taşıyor.
İlgili yazı: Desenli Kalpler Ameliyatta Hayat Kurtarıyor
Desenli kalpler yazısında anlattığımız gibi iç protezler (implantlar) elektrik şoku ile kalp ritmi bozukluğunu giderebilir.
Şimdilik 2 milimetre
Bilim insanları 3 boyutlu kalp dokusu bastı derken, bunun şimdilik hastanede kullanılamayacak kadar küçük olduğunu belirtmek gerekiyor. Evet, 3B canlı doku bastık ama sadece 2 mm kalınlığında bastık. Ancak, tam ölçekli baskıya ne zaman geçeceğiz derseniz o da sandığınızdan yakın:
Profesör Yousaf, biyoprinterda kalp basmak için ViaGlue adıyla geliştirilen organik tutkalı ticari ürün olarak satmak üzere OrganoLinX şirketini kurdu. ViaGlue sayesinde, tıpkı Revell uçak maketlerinin parçalarını yapıştırır gibi, gerçekten üç boyutlu ve en ince detayına kadar sağlıklı insan kalbi basmak mümkün olacak.
Biyoprinter ile basılan ilk insan kalbinin ne zaman satışa çıkacağını görmek için önce HBO’nun ünlü bilimkurgu dizisi Westworld’de bakmamız gerekiyor; çünkü Westworld bilimkurgu dizisindeki insana benzeyen robotları da 3D printerla tek kalıp halinde basıyorlar.
Bugün elimizde insan vücudunu organları, iskeleti, kasları ve damarlarıyla tek seferde basacak bir biyoprinter yok ve gelecek 30 yıldan önce de olmayacak. Ancak, 3D printer ile insana benzeyen robot basmakla biyoprinter yardımıyla canlı organ basmanın başa baş giden teknolojiler olduğunu söyleyebiliriz.
Öyle ki insan vücudunun kopan kertenkele kuyruğunun yeniden çıkması gibi kendini yenileyebilmesine yönelik kök hücre tedavisine (gen tedavisi) daha 20 yıl var; ama bu sürede organ klonlama teknolojisiyle organik protezleri bir arada kullanabiliriz.
Yul Brynner’dan öğreneceklerimiz var
60’larda çekilen Muhteşem Yedili filmlerinin ünlü aktörü Yul Brynner, tanınmış gerilim romanı yazarı Michael Crichton tarafından yazılan ve yönetilen 1973 tarihli ilk Westworld filminde, insana benzeyen robotlarla kovboyculuk oynamaya gelen turistleri öldüren kötü bir robot silahşoru canlandırdı.
Biz de ilk filmin yeniden canlandırması olarak 2016 yılında gösterime giren HBO yapımı Westworld dizisinde insanları öldüren androitler gördük. Ancak bu kez önemli bir fark vardı: Bu robotların vücudu 3D printerda tek kalıp halinde basılıyordu.
Özetle biyoprinterlar 3D printerdan esinleniyor
Bu nedenle araştırmacılar 3D printer dünyasındaki yenilikleri hızla biyoprintera uygulamaya çalışıyor. Sonuçta 3D printerlar plastik basarken ve gerekirse inorganik tutkal kullanırken biyoprinterlar da canlı doku basıyor.
Westworld dizisindeki entegre 3D printer tek parça halinde insana benzeyen robot bedeni basıyor.
Kuzey Carolina, Winston Salem’deki Wake Forest Rejenerasyon Tıbbı Enstitüsü’nden Dr. Anthony Atala, dünyanın en gelişmiş biyoprinterlarından biriyle insan hücresi, kemik ve canlı organ basıyor.
Atala’nın kullandığı 360 kilogram ağırlığındaki Entegre Doku ve Organ Basma Sistemi’nin (ITOP) çok önemli bir özelliği var: Bu biyoprinter insan organları için gereken farklı dokuları tıpkı Westworld dizisindeki plastik 3D printerlar gibi toplu halde basıyor.
Zaten sağlıklı insan dokuları için bunları eksiksiz basmamız şart ve hastalara yeni organları hızla nakletmek için de gelecekte çok hızlı çalışan biyoprinterlar kullanmak zorundayız. İşte bu noktada entegre baskı sistemleri devreye giriyor.
Bu gidişle insanları robotlardan ayırt edemeyeceğiz.
En gerçekçi protez ve organlar
Profesör Atala, ITOP benzeri 3D printerların ilk bakışta gerçek insan kolundan ayırt edilemeyen son derece esnek, gerçekçi ve doğal hareket kabiliyetine sahip takma kollar basılmasında kullanılacağını belirtiyor:
“Bugün kolunu kazada kaybeden kişilere takılan protezler hareket kabiliyetini kısıtlıyor; çünkü bunlar vidalı iskelet, sert eklem parçaları ve piston kullanan sert robotik sistemler. Gelecekte insan kolu gibi detaylı uzuvlar basmak için entegre 3D printerlar kullanacağız. Biz bunun benzerini biyoprinterda basıyoruz.”
Öte yandan, Atala daha işin başında olduğumuzu ve tam boy insan kalbi basmak için 20-30 yıl beklememiz gerektiğini söylüyor. “Yine de umutluyum; çünkü yapay zeka bize sürpriz yapabilir. İnsandan hızlı düşünen biyoteknoloji bilgisayarları, hassas biyoprinter geliştirme süresini kısaltabilir.”
Sırada hangi organlar var?
Atala daha şimdiden insan kulağı, insan kemiği ve hatta kalp, karaciğer, böbrek dokusu bastıklarını söylüyor. Örneğin, ITOP son deneylerde doğada çözünen plastikten yapılan geçici kulak kepçesi basıyor. Bu tür geçici baskılar kazada kulağını kaybedenlerde kullanılacak.
Böylece kök hücre tedavisi geliştiği zaman kişinin kendi kulağını kopan kertenkele kuyruğu gibi onarmasını sağlayacağız. Bunun için de vücudun sağlıklı bir kulak kepçesi büyütmesi için kıkırdak hücrelerine yön veren organik kalıplar kullanacağız. Biyoprinterda iki yıl ömrü olan geçici kulak kepçesi basmak bunun için gerekiyor.
İnsan mı robot oluyor, robot mu insan oluyor? Peki fark ediyor mu?
Şimdi ayağı kırıldığı için kemiğine çivi takılan hastaları düşünün. Hasta iyileştikten sonra bu çivileri çıkarmak gerekiyor. Oysa iki yılda vücutta kendiliğinden çözülen çiviler sayesinde hastanın tekrar operasyon geçirmesine gerek kalmayacak.
Yazımızın başında York Üniversitesi’nin organik kalıp olmadan iç organ basmasının yararlarından söz etmiştik. Şimdi de hidrojel denilen organik kalıplarla geçici kıkırdak ve kemik dokusu basmanın faydalarını anlatıyoruz.
Hidrojel sayesinde biyoprinterda bir organ bastığınız zaman, organik kalıbı yaranın dikişini alır gibi vücuttan ayırmanıza gerek kalmayacak. Baskı işlemi bitince hidrojel kalıp organın içinde kendiliğinden çözülecek. Nitekim Dr. Alta hidrojel ile 30 farklı insan dokusu ve organı basmayı başardı.
Kendi organını yaratan insanlar
Atala bu konuda çok iyimser ve diyor ki “Önümüzdeki 20 yılda Westworld dizisindeki gibi tek parça halinde organ veya plastik protez basabileceğiz. Böylece protez kullanan insanları Terminator gibi makine adamlarla karşılaştıran uygunsuz benzetmelere de gerek kalmayacak.”
Peki insan vücudu Tip I diyabete yol açan hastalıklı pankreas dokusunu nasıl onaracak ve pankreas hücrelerinin sağlıklı biçimde yeniden ensülin üretmesini nasıl sağlayacak? Kalp ve karaciğer yetmezliğine karşı kendini yenileyen organlar ne zaman gelecek? Bunu da Kök Hücre ile Kalp Kası Tedavisi Başladı yazısında okuyabilirsiniz.
Dr. Atala biyoprinterda nasıl kalp basıyor
1Scaffold Free 3-Dimensional Cardiac Tissue via Cell Surface Engineering
2A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs