Organoidler


Yaşar Yurtsever – İstanbul Teknik Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik

Model organizmaların bilimdeki önemi için söylenecek çok şey yoktur aslında. Fareler, maymunlar, bitkiler ve daha küçük organizmalar sayesinde teoride kalan birçok şeyin denemesi yapılabilmiş ve bu sayede özellikle biyoloji ve kimya biliminin gelişmesinde çok büyük bir katkıları olmuştur. Ancak bu model organizmaların da çeşitli fizyolojik sınırları vardır ve her şeyi aynı organizma üzerinde denememiz mümkün değildir. Örneğin, bir fare beyni insan beyni kadar gelişmiş değildir veya her laboratuvar maymunu ile insan beyninde gerçekleşen her hastalığın veya problemin simülasyonunu yapamayız.


Burada devreye organoid adı verilen küçük organcıklar devreye giriyor. Genellikle pluripotent kök hücrelerden kültürlenerek ortaya çıkan bu küçük organoidler sayesinde model organizmaların sınırlarının bir kısmı ortadan kaldırılabiliyor, direk canlı denek hayvanı üzerinde denemek yerine direk insan hücresinden kültürlenen organcıklar ile deneyler yapılabiliyor ve böylece daha karışık ve bu organizmalarda yapılamayacak incelemelerin yapılabilmesi mümkün oluyor.


Madeline ve ekibinin 2013 yılında yaptığı bir çalışmada insan beyni pluripotent kök hücrelerden üretilebildi. Serebral organoid adı verilen bu küçük beyinler sayesinde birçok ayrık beyin bölgeleri bağımsız bir şekilde tepki verebiliyor ve birçok sinir alt türlerini de içeriyor. [1]

Şekil 1. Organoid kültürü aşamaları. Organoidler yaklaşık 15-20 günlük bir süreç içerisinde kültür ortamında hazırlanabilmektedirler. bFGF; basic fibroblast growth factor, hES; human embryonic stem cells, hPSC; human pluripotent stem cells, RA; retinoic acid. [1]

Organoidler sayesinde karaciğer, böbrek, beyin gibi birçok organ hem özellikleri hem de fonksiyonları kök hücrelerin fazlasıyla özelleşebilmesi sayesinde üretilebilir ve çok çeşitli amaçlar için kullanılabilmektedir. Genellikle, hastalıkların laboratuvar ortamında gözlenebilmesi, çeşitli organ tiplerinin kimyasalları karşı verdiği tepkileri ölçmek, kişiye özel ilaç geliştirilebilmesinin önünü açması, genetik değişiklikler için kullanılması gibi farklı amaçlarla kullanılmaktadır. [2]


Ayrıca organoidler sadece pluripotent kök hücrelerden üretilmez; sentetik kaynaklı pluripotent kök hücreler (iPS), artık belirli organlar için özelleşmiş olan erişkin kök hücreler (aSCs) gibi farklı kök hücre tiplerinden de üretilebilmektedirler. [2]

Şekil 2. Çeşitli organoid türlerinin üretim yöntemleri. [2]

1975 yılında James Rheinwald ve Howard Green ilk defa uzun süreli kullanabilecek sağlıklı insan kültürleri oluşturdu. Keratinositleri (keratinocytes) izole ederek yapılan bu başlangıç sayesinde 1980 yılında Peter Bent Brigham Hastanesi’nde ikinci ve üçüncü dereceden yanıkları başarılı bir şekilde tedavi ettiklerini duyurdular. Hatta bu yöntem 1983 yılında vücudunun >95% yanmış olan iki kardeşin (5 yaşındaki Jamie Selby – 6 yaşındaki Glen Selby) hayatını kurtarmıştır. [2]


Bu kültürün kornea için uyarlanmış olan kısmında da Pellegrini ve ekibi 1997 yılında 112 hastadaki kornea kaynaklı körlükleri düzeltmeyi denemiş ve uzun vadeli sonuçlara göre de başarılı olmuştur. [3]

Organoidler sayesinde insan organlarının homeostatik dengeleri, hastalıkları inceleyebiliyoruz ve bu organoidlerin boyutları çok küçük olduğu için mikrofabrike hücre kültürü cihazları adı verilen çok küçük hücre kültürlerinde yetiştirilebilmekteler ve in vitro çalışmalar için kullanılabilmektedirler. Bu sayede hedef organların özellikleri ve davranışları da incelenebilmekte ve küçük birimlerin birbirleriyle nasıl ilişki içinde olduğu öngörülebilmektedir. Örneğin, aşağıdaki örnekte akciğer hücresinden alınan alveollerin fonksiyonları, alveolleri bu organoid çipleri üzerinden üreterek solunumdaki rolleri hakkında detaylı araştırma yapabiliyoruz. [4]


Şekil 3. Organ-on-a-chip adı verilen bu küçük organoid fabrikalarının şeması. Hedef organın, (burada akciğerler) alveolleri fonksiyonel birimlerdir ve direk akciğeri üretmeye çabalamak yerine buradaki küçük fonksiyonel birimleri kullanarak daha minimal bir inceleme yapılabilmektedir. [4]

Ancak organoid kullanmanın da belirli sınırları olabilmektedir. Örneğin bire bir aynı boyutlarda insan beyni üretilemedi ve üretilen dokuların diğer dokularla veya bütün bir organla olan ilişkisi tam anlamıyla gösterilememektedir. Ancak, bu sınırlar haricinde daha birçok potansiyel içermektedirler. Örneğin, 2018 yılında yayınlanan bir makalede (5. referanstan ulaşabilirsiniz) “Neandertal” beyni organoid teknoloji sayesinde kültür ortamında üretilebildi ve uzun süre yaşamayı başardı. Bu sayede soyu tükenmiş farklı türlerdeki canlıların dokularının bu yöntem ile üretilebilmesinin önü de açılmış oldu, ancak farklı etik tartışmalar da bu gelişmeyle birlikte ortaya çıktı ve bunlara değinmesek daha iyi. Fakat organoidlerin sağladığı bir çok fayda sayesinde ilerde ortaya güzel çalışmaların çıkacağı da aşikar.



Referanslar

1.Lancaster ancaster, M., Renner, M., Martin, C., Wenzel, D., Bicknell, L., & Hurles, M. et al. (2020). Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Retrieved 23 August 2020, from

2. CleversH.leversH. (2016). Modeling Development and Disease with Organoids. Cell, 165(7), 1586-1597. doi: 10.1016/j.cell.2016.0 5.082

3. Pellegrini, G., Traverso, C., Franzi, A., Zingirian, M., Cancedda, R., & De Luca, M. (1997). Long-term restoration of damaged corneal surfaces with autologous cultivated corneal epithelium. The Lancet, 349(9057), 990-993. doi: 10.1016/s0140-6736(96)11188-0

4. ParkS., Georgescu, A., & Huh, D. (2019). Organoids-on-a-chip. Science, 364(6444), 960-965. doi: 10.1126/science.aaw789 4

5. Cohen, J. (2018). Neanderthal brain organoids come to life. Science, 360(6395), 1284-1284. doi: 10.1126/science.360.6395.1284

494 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör