Münih Teknik Üniversitesi’nden (MTÜ) araştırmacılar, insan kalbinin gelişim sürecini taklit edebilmek amacıyla kök hücreleri başarılı bir şekilde uyararak bir ‘mini kalp’ ya da organoid yarattılar. Bu bilimsel sıçrama, kalbin gelişiminin ilk evrelerinin daha ayrıntılı biçimde anlaşılmasına olanak sunacak ve kalple bağlantılı hastalıklara ilişkin araştırmalara destek verecek.

İnsan kalbi, gebelikten yaklaşık üç hafta sonra biçimlenmeye başlar; bu zaman aralığı, çoğu zaman pek çok kadının henüz hamile olduklarını fark etmediği bir dönemdir. Bu ilerleme, kalp oluşumunun erken safhalarının karmaşık ayrıntılarına ilişkin kısmen sınırlı olan bilgi birikimimize katkı sağlayacak. Hayvanlar üzerinde gerçekleştirilen araştırmalarda ulaşılan bilgiler insanlar söz konusu olduğunda tam olarak geçerli olmadığından, MTÜ araştırma ekibince yaratılan organoid bilim camiası için büyük önem taşıyor.

Kalp-damar hastalıkları alanında Rejeneratif Tıp Profesörü olan Alessandra Moretti ile birlikte çalışan ekip, ‘pluripotent’* kök hücreleri kullanarak bir çeşit ‘mini kalp’ yaratmak amacıyla bir yöntem geliştirdi. Yaklaşık 35 bin hücre, bir santrifüjde bir küreye dönüştürüldü. Birkaç haftalık bir zaman zarfında, sabit bir protokol doğrultusunda hücre kültürüne farklı ‘sinyal molekülleri’** eklendi. Alessandra Moretti, “Bu yolla, vücutta, kalbin gelişim sürecini denetleyen sinyal yollarını taklit ediyoruz” diye izah ediyor. Araştırma ekibi, makalelerini ‘Nature Biotechnology’ dergisinde yayınladı.

Elde edilen organoidlerin çapı yaklaşık yarım milimetre. Kan pompalamasalar bile elektriksel yollarla uyarılabilir ve insanlardaki kalp odacıklarına benzer şekilde kasılabiliyorlar. Prof. Moretti ve ekibi, dünyada hem kalp kası hücrelerini (kardiyomiyositler) hem de kalp duvarının dış tabakasındaki hücreleri (epikardiyum) kapsayan bir organoidi başarıyla yaratan ilk araştırmacılar oldu. İlk kez 2021 yılında tanımlanan kalp organoidlerinin kısa tarihinde, araştırmacılar şimdiye dek yalnızca kardiyomiyositlerden ve kalp duvarının iç tabakasından (endokardiyum) hücreler barındıran organoidler üretmişti.

Çalışmanın başyazarı Dr. Anna Meier, “Kalbin nasıl oluştuğunu anlamak söz konusu olduğunda, epikardiyum hücreleri belirleyici etkendir” diyor: “Kalpte yer alan öteki hücre tipleri, mesela dokuları ve kan damarlarını birbirine bağlayanlar, bu hücrelerden meydana gelir. Bunun yanı sıra, epikardiyum, kalp odacıklarının oluşmasında büyük bir rol oynar.”

Ekip, yeni organoidlere, yapısına uygun bir şekilde ‘epikardiyoidler ‘ adını verdi.

YENİ BİR HÜCRE TİPİ KEŞFEDİLDİ

Ekip, organoidleri üretme yönteminin yanı sıra, yaptıkları bir keşfi de dünyaya duyurdu. Tek tek hücrelerin incelenmesi neticesinde, organoid gelişiminin yaklaşık yedinci gününde, çok yakın bir zamanda farelerde keşfedilen bir tür öncü hücrenin ortaya çıktığını tespit ettiler. Epikardiyum da işte bu hücrelerden oluşuyor. Prof. Moretti, “Yalnızca birkaç günlüğüne olsa da bu hücrelerin insan vücudunda da bulunduğunu varsayıyoruz” diyor.

Bu ilk bilgiler, yetişkin bir insanın kalbinde neredeyse hiç bulunmayan bir yetenek olan fetüs kalbinin kendini nasıl onarabildiğine ilişkin ipuçları da sunabilir. Bu bilgi ise kalp krizi ve diğer sorunlar karşısında yeni tedavi yöntemleri geliştirilmesine yardım edebilir.

KİŞİYE HAS ORGANOİD ÜRETİMİ

Ekip bunun yanı sıra, organoidlerin, hasta bireylerin rahatsızlıklarını araştırmak amacıyla da kullanılabileceğini ortaya koydu. Araştırmacılar, bir Petri kabında, ‘Noonan sendromundan’*** mustarip bir hastanın ‘pluripotent’ kök hücrelerini kullanarak, hastalığın özelliklerini taklit eden organoidler ürettiler. Önümüzdeki aylarda ekip, doğuştan gelen diğer kalp sorunlarını araştırmak amacıyla karşılaştırılabilir ve kişiye özel organoidler kullanmayı planlıyor.

Kalp sorunlarını taklit etme ihtimali sayesinde, gelecekte üretilecek ilaçlar doğrudan doğruya organoidler üzerinde test edilebilir. Alessandra Moretti, “İlaç geliştirirken buna benzer testlerin hayvanlar üzerinde yapılması ihtiyacını azaltabileceği düşünülebilir” diyor.

Araştırmacılar, kalp organoidleri üretim sürecine dair uluslararası bir patent aldılar. Epikardiyoid model, MTÜ’deki birkaç organoid projesinden biri. Organoid Sistemler Merkezi’ndeki farklı bölümlerden ve kürsülerden araştırma ekipleri işbirliği yaparak çalışıyor. Organların, kanserin ve nörodejeneratif hastalıkların oluşumunu incelemek ve 3 boyutlu insan sistemleri aracılığıyla tıp alanında ilerleme sağlamak için en yeni teknolojiye sahip görüntüleme ve hücresel analizler gerçekleştirerek pankreas, beyin ve kalp organoidlerine dair disiplinler arası araştırmalar sürdürecekler.

*Pluripotent hücre: Birden fazla etkiye sahip olabilen hücreler için kullanılan terim.

**Sinyal molekülü: Sinyal oluşturan lenfosit aktivasyon molekül ilişkili reseptörler.

***Noonan sendromu, vücudun çeşitli bölgelerindeki normal gelişimi engelleyen genetik bir hastalıktır. Çok çeşitli özellikler görülebilir: Olağandışı yüz özellikleri, kısa boy, kalp kusurları, diğer fiziksel problemler ve olası gelişimsel gecikmeler söz konusu olabilir.