Yüzbinlerce insan için büyük bir organ bağışçısı sıkıntısı var. Hastalar için bekleme süresi ve nakil maliyetleri gerçek bir yük. İnsan organlarının hücresel yapısı hakkında detaylı bilgi, talep üzerine yapay olarak fonksiyonel organlar yaratmada canlı ekosistemi için önemli bir gelişme anlamına geliyor. Münih’teki Ludwig Maximilian Üniversite Hastanesi’ndeki İnme ve Demans Araştırmaları Enstitüsü‘ndeki (ISD) bir grup araştırmacı, sağlam insan organlarını şeffaflaştırabilecek yeni bir teknolojiye dayanan bir makale yayınladı.
Mikroskobik görüntüleme sayesinde karmaşık organ yapıları hücresel düzeyde görselleştirerek, 3B biyo-baskı teknolojileri için şablon işlevi görebilecek. Böylece hastalar için isteğe bağlı yapay organların yaratılmasına katkıda bulunabilecek organ haritaları ortaya çıkacak. Bununla birlikte 3B biyo baskı ile büyük ölçekli insan dokularını ve organlarını çoğaltmak için insan organlarının hücresel haritalarını çıkarabilecekler.
3B Haritalama
SHANEL adı verilen teknolojinin geliştirilmesi sayesinde, büyük bozulmamış memeli organlarının hücresel ve moleküler mimarisini grafikleştirmeleri mümkün oldu. Genetik ve sinirbilim uzmanı Ali Ertürk, Alman Çevre Sağlığı Araştırma Merkezi Doku Mühendisliği ve Rejeneratif Tıp Enstitüsü (ITERM) müdürü ve ayrıca ISD’deki baş araştırmacı, mikroskobik görüntüleme teknolojisini kullanan çığır açan projenin bulgularını yayınladı.
Araştırmacılar şeffaf bir yetişkin insan beyni, böbreği sağlamak için 3B haritalama yaklaşımını kullandı. Böylece, bozulmamış insan organlarının yapısal detaylarının hücresel çözünürlükte ortaya çıkardılar.
“İnsan beynini veya diğer organları haritalamak, sağlık ve hastalıkta nasıl işlediklerini çözmek için önemli bir adım. SHANEL’in insan beynini moleküler düzeyde haritalamaya ve 3B biyo baskı teknolojilerinin talep üzerine yeni organlar yapması için insan organlarının hücresel taslaklarını sunmasına yardımcı olabilecek.”
-Ali Ertürk
Alman Çevre Sağlığı Araştırma Merkezi tarafından yayınlanan haberlere göre, insan organlarının yapısal karmaşıklığının deşifre edilmesi, onları hücresel düzeyde görüntüleyecek teknolojilerin olmaması nedeniyle her zaman büyük bir zorluk olmuş. Yayın, sağlam insan organlarını haritalamadaki ilerlemenin, anatomik karmaşıklığın deşifre edilmesinde, özellikle de insan organlarını hücresel düzeyde görüntülemek için ölçeklenebilir teknolojilerin bulunmaması nedeniyle sınırlı olduğunu gösteriyor. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG), beyin ve böbrek de dahil olmak üzere insan organları için boylamasına görüntüleme sağlayabilmesine rağmen, hücresel çözünürlükten yoksun.
Organı Şeffaflaştırmak
Araştırmacılar yakın zamanda doku temizliğinde 3B bozulmamış şeffaf fare organlarının ilk hücresel görüntülerini elde etmelerini sağlayan bir yöntem geliştirdi. Önceki çalışmada, araştırmacılar ölü fareleri plastik gibi şeffaf ve sert hale getiren bir teknik uyguladı. Bu teknik araştırmacılara farklı hücre türlerinin vücutta nasıl etkileşime girdiğini gösteren, benzeri görülmemiş bir bakış açısı kazandırdı. Yaklaşım, bilim insanlarının bir hayvan içindeki belirli dokuları tüm vücudu tararken tespit etmelerini sağladı. Bununla birlikte tabii ki bu insan organlarıyla çalışmakla aynı değil. Çünkü bu organlar yıllar boyunca büyüyen dokularda kollajen dahil çözünmeyen moleküllerin birikmesi nedeniyle özellikle sert bir form kazanıyor.
Zorluğun üstesinden gelme adına fare organlarını şeffaf hale getirmek için kullanılan geleneksel kimyasalları kullanamadılar. Yorucu denemelerden sonra ekip, CHAPS adı verilen bir kimyasal karışımın yaşlı insan organlarının tam geçirgenliğine izin veren daha küçük miseller oluşturduğunu ve tüm sert organlar boyunca küçük delikler açabileceğini keşfetti. CHAPS, ek çözümlerin santimetre kalınlığında insan organlarına derinlemesine yol almalarını ve şeffaf bir yapıya dönüşmelerini sağladı.
“Doku Temizleme yöntemleri kemirgen dokularında iyi çalışır ancak sert ve yaşlı insan organlarında daha zayıftır. Tüm insan organlarını şeffaf hale getirmek yeni bir yaklaşım gerektiriyordu. Yaşlı insan organlarını geçirgen hale getirebilecek bir kimyasal karışım olan CHAPS’ı belirledik. Ayrıca moleküler etiketleme derinliğini arttırmak için Asetik Asit ve Guanidin Hidroklorür kullandık.”
-Ali Ertürk.
Hücreleri analiz etmek için derin öğrenme kullandılar
Dahası, Almanya’daki Leipzig Üniversitesi’ndeki Bechmann’ın laboratuvarından ölüm sonrası alınan insan organlarını şeffaf hale getirdikten sonra, ekip hem organ görüntüleme hem de sonuçta ortaya çıkan verilerin analizi için ek zorluklarla mücadele etmek zorunda kaldı. İlk olarak “Ultramikroskop Blaze” adı verilen büyük bir numune tutma kapasitesine sahip yeni bir lazer tarama mikroskobu geliştirdiler. Bu mikroskop, böbrek kadar büyük insan organlarının görüntülenmesini sağlıyor. Daha sonra ekip, yüz milyonlarca hücreyi 3B olarak analiz edebilmek için derin öğrenme algoritmaları geliştirdi.
Son birkaç yıl içinde, bilim insanları iç organların incelenmesine izin veren bir organın tamamını netleştirebilecek yöntemler yaratmaya çalıştı. Bu yeni teknik, şimdi şeffaf bir durumda onlara eklenen özel boyalar sayesinde inanılmaz derecede ayrıntılı 3B haritalar üretiyor. Araştırmacıların böbrekleri, gözleri ve beyinleri hücresel düzeyde haritalamasına olanak tanıyan bu gelişme bir gün bilim insanlarının organları 3B olarak yazdırmasına yardımcı olabilir. Örneğin, insan böbreğinin 3B yapısını anlamanın, bozulmamış insan böbreği hakkında ayrıntılı hücresel ve moleküler bilgi gerektiren 3B biyo-baskı teknolojilerini kullanarak yapay böbrekler üretmeyi amaçlayan doku mühendisliği çabaları için çok değerli olacaktır.
Kaynak: 3dprint