AZ BİR DNA’DAN LEELOO’YU YARATMAK

23. yüzyıldayız, uçuk mavi nokta Büyük Ateş Topu tarafından yutulmak üzere. Dünyayı kurtaracak Leeloo’yu taşıyan Mondoshawan uzay gemisi gezegenimize yaklaşırken savaşçı Mangalore ırkına ait gemiler tarafından düşürülüyor. Leeloo’dan arta kalan sadece bir kol. Dünyanın büyük kötülükten kurtulma umudu artık doku mühendislerinin ellerinde.

Sinema tutkunları Luc Besson’ın eğlenceli bilim kurgu filmi “Beşinci Element”i hemen hatırlamışlardır yukarıdaki özetten. Leeloo’yu geride kalan azıcık bir DNA’dan yaratmaya henüz çok uzak bilim dünyası. Yine de insanlık eğer bir gün Leeloo’yu tekrar yaratmayı başaracaksa, bu şüphesiz mühendislik, tıp, biyoloji, malzeme gibi bir çok bilim dalının bir arada çalışmasının sonucu olacak. Sadece bir parça DNA’dan Leeloo’yu tekrar yaratmak Langer ve Vacanti’nin Doku Mühendisliği tanımına bire bir uyuyor:

“doku mühendisliği, dokuların çalışmalarını iyileştirmek, düzeltmek, eski haline getirmek için mühendislik ve fen bilimleri [tıp, biyoloji, malzeme vs.] prensiplerinin [fikirlerinin] uygulanarak biyolojik alternatifler geliştirmeye çalışan disiplinler arası bir bilim dalıdır.” [1]

Amaç sadece Leeloo’yu hayata döndürerek, dünyayı kurtarmak değil elbette. Hasta ya da hasarlı dokunun/organın vücut dışında üretilip hastaya nakledilerek hastanın yaşam kalitesinin arttırılması, doku ve organ kayıpları nedeni ile meydana gelen ölümlerin önüne geçilmesidir doku mühendisliğinin hedefi. Bu hedefe ulaşmak için doku mühendisliği alanında çalışan bilim insanları hastadan hücreleri toplar, bu toplanan hücrelerden uygun olanlarını seçer ve  laboratuvar ortamında büyütüp, çoğaltır. Bu hücreleri, üretilecek doku için hazırlanmış iskele* yapının içine yerleştirdikten sonra dokuya uygun büyüme faktörleri, kimyasal ve mekanik uyaranlarla istenilen doku oluşuncaya kadar büyütür. Üretilmiş doku artık hasta dokunun/organın yerine vücutta normal işlevini sürdürmek üzere hastaya nakledildiğinde hastanın kendi hücreleri kullanıldığı için organ nakillerinde görülen doku uyuşmazlığı ihtimali çok düşüktür ve bu yeni gelişen bilim dalının uygulayıcıları bir hastanın daha umutlarını gerçeğe dönüştürmüş olur (Şekil 1).

1970’li yıllarda Dr. W.T. Green kondrosit** hücrelerini kemik parçaları üzerine ekerek yeni bir kıkırdak üretilmeye çalışması ile  doku mühendisliğinin temellerini attığı söylenebilir. Her ne kadar bu çalışmaları başarısızlıkla sonuçlansa da Dr. Green inovatif biyouyumlu malzemelerin geliştirilmesi ile hücrelerin uygun iskele yapılar üzerine yerleştirilerek dokuların üretilebileceğini tahmin etmiştir [2]. Dr. Green’in bu ilk çalışmalarının ardından geçen yıllarda bilim insanları biyouyumlu malzemeleri geliştirerek, hücreleri vücut dışında büyütmenin değişik yollarını araştırmaya devam ediyorlar. Charles Vacanti ve ekibinin ünlü faresinin (Resim 3) BBC’de yayınlanması ile ana akım medyada  kendine bir parça yer bulan doku mühendisliği uygulamaları şu anda vücuttaki neredeyse bütün dokuları kapsayacak şekilde ilerlemiş durumda.

Embriyonun erken safhalarında başkalaşarak merkezi sinir sitemi, deri, kornea, saç ve tırnak gibi yapıları oluşturan ektodermik hücreler üzerinde çalışan araştırmacılar bugün Parkinson gibi dejenaratif sinir sistemi hastalıklarının tedavisinde önemi yol kat etmiş durumdalar. Ayrıca, kopan ve cerrahi müdahale ile tamir edilemeyen sinir hücrelerinin kendi kendilerini tedavi etmesine destek olacak sinir grefleri‡ ile hastaların sinir kopması ya da zedelenmesi sonucu kaybettikleri fonksiyonlarının geri kazanması için çalışmalar yapılmakta. Deri dokusunun in vitro olarak üretilmesi ve yanık tedavilerinde kullanılması bu yeni gelişen bilim dalının bir başka uygulama alanı. Araştırmacılar ağır yanık vakalarında kullanabilecek yöntemler üzerinde çalışmalarını sürdürmekteler.

Doku mühendisliği uygulamalarının geniş yer bulabileceği alanlardan bir diğeri de kemik ve kıkırdak üretimi. Örneğin kırıkların  tedavisinde kullanılan metal çivilerin yerine kırığın şekline uygun olarak laboratuvarda üretilen iskele üzerine yerleştirilecek kök hücrelerin kemiğe dönüşmesini sağlamak ya da kaybedilen kıkırdak dokunun in vitro olarak üretildikten sonra hastaya nakledilmesi olası bir alternatif olarak doku mühendislerinin çalışmaları arasında yer alıyor. Kıkırdak ve kemik dokularının üretildiği mezoderm hücreleri ile yapılan çalışmaların arasında  kas ve damar kayıplarının giderilmesi, hatta kırmızı kan hücrelerinden bağımsız hemoglobin üretimi çalışmaları da var [1].  Doku mühendislerinin çalışmaları hali hazırda kemik, deri ve kıkırdak üzerine ticarileşmiş ürünlere dönüşmüş durumda.

Biyolojik yapay karaciğer cihazları, sidik torbaları, pankreas gibi organlar da doku mühendisliği dalının ilgi alanı içinde. Bu bilim dalının önde gelen araştırmacılarından Dr. Anthony Atala hastaların hücrelerini biyo-bozunur iskeleler üzerine ekerek yapay sidik torbası üretmiş. Bu sidik torbaları 7 hasta üzerinde halen normal işlevlerini sürdürüyorlar [3]. Dr. Atala ve ekibinin bir diğer çalışma alanı da penis dokusunun biyomühendislik teknikleri ile üretilerek doğumdan gelen ya da sonradan oluşan penis fonksiyon bozukluklarını gidermek  [4].

Yukarıdaki az sayıda örnekten anlaşılacağı üzere doku mühendisliği vücudu oluşturan bütün dokularla uğraşıyor. Bireylerin yaşam kalitesini arttıracak çalışmaların yanı sıra küresel açlık problemine çözüm olabilecek, hayvan hakları savunucularının et tüketimine bakışlarını değiştirebilecek yapay et (vitro et) üretimi de doku mühendislerinin üzerinde çalıştığı konulardan biri.

Doku mühendisliği alanı günümüzde doku ve organ kayıpları nedeni ile yaşam kaliteleri düşmüş, hatta ölümü bekleyen on binlerce hastaya alternatif tedaviler arayan bir bilim dalı kısaca. Doktorlar bu hastaları diyaliz makinaları, kalp-ciğer by-pass sistemleri gibi mekanik uygulamaların yanı sıra organ nakilleri ve rekonstrüktif cerrahi müdahaleler gibi yöntemlerle hayatta tutmaya devam ediyorlar; ancak yetersiz organ bağışı, nakledilen organların ve dokuların reddi, enfeksiyon riski gibi nedenlerle belki de daha iyi sonuçlar verecek bir çözüm arayışının sonucu ortaya çıkmış bu alanın gelecekteki başarısı hücre biyolojisi ile ilgili bilgilerimizin artması, embriyonik ve yetişkin kök hücrelerin başkalaşım süreçlerinin daha iyi kavranması gibi alanlarda yapılacak çalışmalara bağlı. Doku mühendisliği bireylerin yaşam kalitesini arttıracak ve ömürlerini uzatacak potansiyele sahip disiplinler arası bir alan olarak insanlığa yeni umutlar sunuyor.

[box]*iskele: Hücre tutunması ve üremesi ile yeni dokuların istenen şekilde oluşturulması ve hücrelere gerekli mekanik desteğin sağlanması için biyouyumlu ve biyobozunur malzemelerden üretilen, üç boyutlu ve gözenekli taşıyıcı.

**kondrosit: sağlıklı kıkırdakta bulunan, kıkırdağın üretim ve fonksiyonelliğinden sorumlu olan, mezenşimal kökenli bir bağ doku hücre tipi

‡ gref: bir kişiye kendisinden ya da başka birinden alınarak nakledilen doku ya da organ parçası[/box]

Meraklısına: Açık Bilim’de yayınlanmış Dr. Atala’nın doku mühendisliği üzerine ilginç çalışmalarından birini anlattığı TED konuşması.

Kaynaklar:

1. Tissue engineering, R.obert Langer, Joseph P. Vacanti Science; May 14, 1993; 260, 5110; ProQuest Hospital Collection pg. 920
2. The History of Tissue Engineering, Charles A.Vacanti, J. Cell. Mol. Med. Vol 10, No 3, 2006 pp. 569-576
3. http://www.nytimes.com/2006/07/11/health/11prof.html?ex=1310270400&en=799360eaae879b1c&ei=5088&partner=rssnyt&emc=rss&_r=0
4. Bioengineered corporal tissue for structural and functional restoration of the penis, Kuo-Liang Chen, Daniel Eberli, James J. Yoo, and Anthony Atala, PNAS | February 23, 2010, vol. 107, no. 8
5. http://www.universetoday.com/10663/artificial-meat-could-be-grown-on-a-large-scale/
6. Advances in Bioartificial Liver Devices, Jared W. Allen, Tarek Hassanein, And Sangeeta N. Bhatia, Hepatology September 2001