İki araştırma ekibi, bazı organların geliştiğini görecek kadar uzun, kök hücreler kullanarak sentetik embriyolar üretti. Tarihte bir ilk olan sentetik embriyoda kalp ve beyin gelişimi izlendi.
İnsan da dahil olmak üzere memelilerde yaşamın tarifi aslında oldukça basittir: bir yumurta alın ve sperm ekleyin, işte size yeni bir yaşam!
Ancak yeni 2 araştırma yaşamın sadece bundan ibaret olmayabileceğini gösteriyor: Doğru koşullar altında kök hücreler bölünebilir ve kendi kendilerine bir embriyoya dönüşebilir
İki araştırma dedik; bunlardan biri Cell Dergissindde diğeri de Nature Dergisinde, yani 2 önemli dergide yayınlanmış makalelerden bahsediyoruz. Aşağıda iki makalenin de linkini bulabilirsiniz.
İki grup, benzer teknikleri kullanarak sentetik fare embriyolarını hiç olmadığı kadar uzun süre büyüttüklerini yayınladılar. Embriyolar 8,5 gün büyüdü, farklı organlar geliştirmelerine yetecek kadar uzun bir süre! Hangi organlar; atan bir kalp, bir bağırsak tüpü ve hatta nöral kıvrımlar!
Her 2 grupta kök hücreleri kullanarak bu işi başardılar. Peki nedir bu kök hücre;
Kök hücre, kendi kendini sürekli yenileme özelliği olan ve uygun ortam sağlandığında istenilen doku ve organı oluşturacak hücreye dönüşebilen hücredir. Rahme tutunma aşamasındaki embriyolardan elde edilen insan embriyonik kök hücreleri, bu özellikleri taşıyan en erken dönem kök hücreleridir. Bu hücrelerin uygun kültür şartları ve in vitro (yani vücut dışında) kültür sistemleri sağlandığında insan vücudunu oluşturan her hücre tipine dönüşebilecekleri yapılan çalışmalarda gösterilmiştir.
Kök hücreyi daha iyi anlaşılabilmesi iççin şöyle dde tarif edebiliriz. Diyelim ki bir tıp fakültesi öğrencisi var. Bu öğrenciyi kök hücre kabul edelim. Tıp fakültesini bitirdikten sonra, dahiliyeci, cerrah, kadın doğumcu veya dermatolog olabilir. Yani uygun çalışma ile istedikleri branşı seçer (organları, yani kalp, beyin karaciğer gibi).
10 yıldır bu iş üzerinde çalışan ekip önceleri embriyonik kök hücre kullanırken daha sonra plasenta ve yolk kesesini oluşturan kök hücreleri kullanarak başarıya ulaştılar. Bunun sonraki aşaması ise sentetik kök hücreleri kullanmak. Tam bir bilim kurgu filmi yani!
Peki nasıl yaptılar?
Cambridge’deki ekip daha önce İsrail’de bu işle uğraşan Jacob Hanna tarafından geliştirilen bir tekniğin yardımıyla bunu yaptı. Geçen yıl, Hanna’nın ekibi , rahim dışında eşi görülmemiş bir süre boyunca doğal fare embriyolarını kültürlemelerine izin veren bir cihaz geliştirdiklerini bildirdi. Embriyoları 5. günden 11. güne kadar tutan bu kuluçka makinesi, embriyoların dönme dolap benzeri bir sistem üzerinde dönen cam şişelerde bulunduğu önceki bir teknolojinin özelliklerini alır ve havalandırma ekler.
Havalandırma sistemi, şişelere giren oksijen ve karbondioksit karışımını ve basıncı kontrol eder.
Bu arada şunu belirtelim, deney insanlarda yapılmadı. Farelerde yapıldı. Farelerde tam gebelik yaklaşık 20 gün ve bu embriyolar 8.5 günlük. Ortaya çıkan sonuç aşağıdaki resimde görüldüğü gibi oldu:
20 günlük bu süre beyin bölgelerinin gelişmesi, kalbin atmaya başlaması, sinir ve bağırsak tüplerinin oluşması için yeterince uzundur. Hanna, bu sentetik embriyoların, fare spermi yumurta ile buluştuğunda oluşan doğal embriyolara çok benzediğini, ancak bunların “%100 özdeş olmadıklarını” söylüyor. “Organ boyutunda bazı kusurlar ve bazı değişiklikler görebilirsiniz.”diyor.
Her ekip embriyolarını üç farklı hücre tipini birleştirerek büyüttü ve Hanna’nın ekibi aynı zamanda saf embriyonik kök hücrelerden üç türü de oluşturmayı başardı.
bu sentetik modeller, yumurta ve spermden oluşturulan doğal embriyolara göre birçok avantaja sahiptir. Rahim dışında büyüdükleri için gözlemlenmesi çok daha kolaydır. Ayrıca genom düzenleme araçlarını kullanarak manipüle etmek daha kolaydır. Gerçi bu manüplasyonların iyi mi yoksa kötü mü alacağını bilemeyiz!
Diğer taraftan araştırmacılar bir çok gebelik düşük vakasını da bu tekniği geliştirerek anlayabileceklerini söylüyor.
Hanna, bu tekniği, ihtiyacı olan insanlar için yeni organ ve doku kaynağı olabilecek sentetik insan embriyoları geliştirmek için kullanmayı umuyor.
‘Diyalog’
Araştırmacılar, erken memeli gelişiminde bulunan üç tip kök hücreyi etkileşime başladıkları noktaya kadar yönlendirerek laboratuvardaki doğal süreçleri taklit ettiler. Araştırmacılar, belirli bir gen grubunun ifadesini uyararak ve etkileşimleri için benzersiz bir ortam oluşturarak, kök hücrelerin birbirleriyle ‘konuşmasını’ başardılar.
“Başarımızın anahtarı, geleneksel kutunun dışında düşünmekti. Embriyo modeli çalışmalarının çoğu embriyonik kök hücrelere odaklanır, ancak ekstraembriyonik hücrelerin önemli rolünü dikkate almaz. Hem embriyonik hem de ekstraembriyonik kök hücrelerin doğru oranlarını karıştırdık. Ekstraembriyonik hücreler, embriyonik hücrelere kimyasal sinyaller ve aynı zamanda mekanik olarak ‘dokunma’ yoluyla farklı yollarla sinyal verir. Çalışmalarımız bu sinyal olaylarını anlamaya yardımcı oluyor”
Magdalena Zernicka-Goetz
Bir insan embriyosunun başarılı bir şekilde gelişebilmesi için embriyoya dönüşecek dokular ile embriyoyu anneye bağlayacak dokular arasında bir ‘diyalog’ olması gerekir. Döllenmeden sonraki ilk haftada, üç tip kök hücre gelişir: biri sonunda vücudun dokuları haline gelir ve diğer ikisi embriyonun gelişimini destekler. Bu ekstraembriyonik kök hücre tiplerinden biri, fetüsü anneye bağlayan, oksijen ve besin sağlayan plasenta olacaktır; ikincisi ise embriyonun büyüdüğü ve besinlerini erken gelişim döneminde aldığı yolk kesesidir.
Çoğu gebelik, üç tip kök hücrenin birbirine embriyoya nasıl düzgün bir şekilde gelişeceğini söyleyen mekanik ve kimyasal sinyaller göndermeye başladığı noktada başarısız olur.
Sentetik embriyolarının gelişimine rehberlik etmek için araştırmacılar, büyümelerini ve birbirleriyle iletişimlerini desteklemek için üç doku tipinin her birini temsil eden kültürlenmiş kök hücreleri doğru oranlarda ve ortamda bir araya getirdiler ve sonunda bir embriyo haline geldiler.
Araştırmacılar, ekstraembriyonik hücrelerin embriyonik hücrelere kimyasal sinyallerle değil, aynı zamanda mekanik olarak veya dokunma yoluyla da embriyonun gelişimine rehberlik ederek sinyal verdiğini buldular.
Peki ya insanlarda böyle bir şey yapılabilir mi?
Aynı çalışmayı insanda yapmak çok kolay olmayacak gibi görülüyor. Araştırmacılar, insan kök hücrelerini blastosist olmaya ve hatta gastrulasyonun bazı yönlerini taklit etmeye kadar geldiler. Ancak insan hücrelerinde, döllenmeden yaklaşık bir ay sonra gerçekleşen organ oluşum aşamasına ulaşmak, önemli bir teknik zorluk teşkil ediyor
Ve bu embriyolar ne kadar gelişmiş olursa, etik kaygılar da o kadar büyük olur. Anahtar sorulardan biri, bu sentetik yapıların embriyo olarak kabul edilip edilmemesi gerektiğidir, bu alanda bir tartışma noktasıdır.
Bu teknik gelecekte nelere gebe?
Teknik, organ nakli için doku ve organların oluşturulmasında ilerlemelere yol açabilir ve bir gün sperm veya yumurta yapamayan insanlar için doğurganlık tedavisi olarak kullanılabilir.
KAYNAKLAR:
1- Cell Dergisindeki Makale: https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
2- Nature’daki makale: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
3- https://www.nature.com/articles/d41586-022-02334-2
4-Turkiye Klinikleri J Surg Med Sci. 2006;2(43):16-20