Araştırmacılar, insan dokularının ve organlarının üretilmesini engelleyen başlıca biyomühendislik problemlerinden birini çözmek için bitkilerin damar sistemlerine odaklandı.
Bilim insanları çalışan insan kalbi kası yapmak için ıspanağı kullanmanın bir yolunu bularak, uzun süredir devam eden zarar görmüş organları tamir etme çabalarına bir çözüm bulmuş olabilirler.
Bilim insanları büyük boyutta insan dokularını laboratuvar ortamında 3D baskı gibi yöntemler kullanarak yaratmışlardı.
Ama doku sağlığı için hayati önem taşıyan küçük, narin kan damarlarını yaratmak çok daha zor oldu.
Laboratuvar ortamında yetiştirilen küçük ölçekli insan dokusu örneklerini, gerçek boyutlu dokulara, kemiklere ve hatta eksiksiz organlara dönüştürmenin yollarını arayan bilimcilerin önünde, aşmaları gereken çok temel bir sıkıntı var: Yenilenen dokunun derinlerine dek kanı taşıyabilecek bir damar sistemi kurmak.
Çalışmanın ortak yazarı, Massachusetts’de bulunan Worchester Politeknik Enstitüsü’nde (WPI) doktora öğrencisi olan Joshua Gershlak, çalışmayı anlatan videoda “doku mühendisliğinin ana kısıtlayıcı nedeni bir damar sisteminin eksikliği.
O damar sistemi olmadan, birçok doku ölümü oluyor” dedi.
Bir yaprağın en belirgin özelliklerinden biri, kollara ayrılarak hücrelerine su ve besinleri götüren ince damar ağı.
Şimdi, bilim insanları bitki damarlarını kanın insan dokularında hareket edişini kopyalamak için kullandılar.
Çalışma, laboratuvar ortamında ıspanak yaprağının üzerinde oynayarak bitki hücrelerini çıkarmayı, böylece geriye sadece selülozdan bir çerçeve kalmasını içeriyor.
İnsan dokusunun ıspanak yapı iskelesinde büyüyüp, küçük damarları sarması için ekip geriye kalan bitki çerçevesini canlı insan dokularında banyo yaptırdı.
Ispanak yaprağını bir tür küçük kalbe dönüştürdükten sonra, ekip kan hücrelerinin bu sistemde akabildiklerini göstermek için damarlarından sıvılar ve mikro boncuklar gönderdi.
Araştırmacılar önce tek bir ıspanak yaprağını aldı ve yapraktaki damarların içine bitki hücrelerini ortadan kaldırmak için arıtıcı bir sıvı zerk etti.
Böylece sadece damar ağı elde edildi.
Ardından ıspanak yaprağının damar ağına insandaki kan hücrelerinin boyutunda olan 5 mm'den küçük plastik parçaları ve sıvılar gönderildi.
Son aşamada da ıspanak damarlarına insan hücresi 'ekildi'.
Sonuçta insandaki kalp kasını taklit eden bir doku elde edilmiş oldu.
Nihai hedef, kalp krizi geçirmiş veya kalple ilgili başka sorunlar yaşamış hastaların kalplerinin kasılmasını engelleyen zarar görmüş dokularını yenilemek.
Kan damarları gibi, değiştirilmiş yapraklardaki damarlar yenilenen dokunun her yerine oksijen taşıyacaklar.
Bu, yeni kalp maddesi oluşturmak için çok önemli bir nokta. 3 boyutlu yazdırma dahil, şu anda varolan biyomühendislik teknikleri, sağlıklı doku gelişimi için gereken oksijenin, besinlerin ve temel moleküllerin taşınması için gerekli olan kılcal damar ölçeğindeki kan damarları ağının dallanarak oluşumunu gerçekleştiremiyor.
Bitkiler ve hayvanlar, her ne kadar besin taşınımı için farklı yaklaşımlardan yararlanıyor olsalar da, damar ağı yapıları arasında büyük benzerlikler bulunuyor.
Omurga olarak kullanılmak amacıyla hücresizleştirilen bitkilerin geliştirilmesi, bitkiler ile hayvanlar arasındaki benzerliğin incelenmesinde yeni bir bilim dalı potansiyeli oluşturuyor.
Araştırmacılar, yaptıkları bir dizi deneyde, bitki hücreleri ayıklanan ıspanak yapraklarının üzerinde, insan kalbi hücreleri yetiştirdi.
Ispanağın damar sisteminden, insan kan hücrelerine benzer büyüklükte mikro boncuk ve sıvı akıtan ekip, çok sayıda ıspanak yaprağı kullanarak, sağlıklı kalp kası katmanları yetiştirebileceklerini düşünüyorlar.
Bitki hücreleri yıkanıp atıldıktan sonra, geriye temelde selülozdan oluşmuş bir çatı kalıyor.
Selüloz doğal bir madde ve insanlara hiçbir zararı yok.
Bitkileri doku mühendisliğinde yapı iskeleti olarak kullanmanın ekonomik ve çevresel yararları da var.
Sentetik (yapay) ve karmaşık kompozit malzemelerin yüksek maliyeti düşünülürse, bitkiler üzerinde hayvan dokusu yetiştirmek son derece basit, ucuz ve gezegene kesinlikle zararsız bir yöntem olabillir.
Bu çalışmanın asıl önemi biyomedikal mühendislik alanındaki en zor sorunlardan biri olan zarar gören doku ve organları onarma ve yeniden oluşturmaya bir çözüm sunabilme imkanı.
Çağımızında da en sık rastlanan kalp krizi sorununa önemli ölçüde katkı sağlayacak bir buluş.
Eğer çalışmanın doğruluğu kanıtlarsa bilim insanları ıspanağı kalp krizi geçiren insanların kalbinde sağlıklı kaslar oluşturmak için kullanabilecek.
KAYNAKÇA: NatGeo, "Spinach Leaf Transformed Into Beating Human Heart Tissue" http://news.nationalgeographic.com/2017/03/human-heart-spinach-leaf-medicine-science WPI, "WPI Team Grows Heart Tissue on Spinach Leaves" https://www.wpi.edu/news/wpi-team-grows-heart-tissue-spinach-leaves TechXplore, "Researchers grow heart tissue on spinach leaves" https://techxplore.com/news/2017-03-heart-tissue-spinach.html Joshua R.
Gershlak et al, Crossing kingdoms: Using decellularized plants as perfusable tissue engineering scaffolds, Biomaterials (2017).
DOI: 10.1016/j.biomaterials.2017.02.011 " http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.02.011 Zeynep Sude Çetin - Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi