Organ büyütme, insan vücuduna nakledilmek üzere laboratuvarda sağlıklı insan organları ve hücreleri yetiştirmeyi amaçlayan çığır açıcı bir araştırma alanıdır.
Bu alan, kronik hastalıklar, ciddi yaralanmalar ve doğuştan gelen rahatsızlıklar da dahil olmak üzere çeşitli ciddi hastalıkların tedavisi için büyük umut vaat etmektedir.

Laboratuvarda insan organları yetiştirme fikri uzun yıllardır var, ancak son yıllarda bu alanda önemli ilerlemeler kaydedildi.
Yolculuğun başlangıcı, laboratuvarda tek tek hücreler yetiştirme girişimleriyle karakterize edildi ve daha sonra bilim insanları basit dokular yetiştirmeye doğru ilerledi.
Doku mühendisliğinde önemli bir atılım 1990'larda gerçekleşti. 3D baskının kendisi 1984'te icat edildi (stereolitografi, Charles Hull) ve canlı hücrelerin basılması (biyobaskı) ilk kez 2003'te gösterildi. Bu teknolojilerin birleşimi, daha karmaşık üç boyutlu yapıların oluşturulmasını mümkün kıldı.

Doku Mühendisliği:

Bu teknoloji, organ benzeri yapı ve işlev oluştururken insan hücrelerini üç boyutlu iskeleler üzerinde büyütmeye odaklanır. Bu süreç birkaç aşamada gerçekleşir:

Hücre Seçimi: Hastadan biyopsi, kök hücreler veya embriyonik hücreler gibi çeşitli kaynaklardan uygun insan hücreleri alınır.
Hücre Çoğaltma: Hücreler kontrollü koşullar altında laboratuvarda çoğaltılır.
İskele: Doku büyümesi için temel görevi gören biyolojik veya sentetik malzemelerden üç boyutlu bir iskele oluşturulur.
Ekim: Hücreler iskeleye yerleştirilir.
Olgunlaşma: Besin ve oksijen sağlanarak doku büyümesi için en uygun koşullar yaratılır.
Nakil: Doku yeterince büyüyüp geliştikten sonra hastanın vücuduna nakledilebilir.

Doku mühendisliği, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çok çeşitli dokuların büyütülmesini sağlar:

Cilt: Yanıklar, kronik yaralar ve plastik cerrahi tedavisi için.
Kemik: Kırıklar, yaralanmalar ve ortopedik ameliyatların tedavisi için.
Kas: Kas yaralanmaları, kas distrofisi ve kas erimesi tedavisi için.
Kıkırdak: Artrit, kıkırdak yaralanmaları ve ortopedik ameliyatların tedavisi için.
Kan Damarları: Kalp ve damar hastalıkları, organ nakilleri ve karmaşık ameliyatların tedavisi için.

Doku mühendisliği alanındaki başlıca zorluklar:

Kan Damarı Oluşturma: Dokunun tüm kısımlarına oksijen ve besin sağlanması başarısı için hayati öneme sahiptir.
Sinirsel Entegrasyon: Nakledilen doku ile hastanın vücudu arasında normal bir sinir bağlantısı kurulması.
Bağışıklık Reddi: Vücudun bağışıklık sistemi tarafından nakledilen dokunun reddedilmesinin önlenmesi.

Organların 3D Baskısı:

Bu çığır açan teknoloji, insan hücreleri ve biyolojik malzemeler kullanılarak yapay organların basılmasını sağlar. Baskı işlemi, özel 3D yazıcılar kullanılarak katmanlar halinde gerçekleştirilir.

3D Baskının Avantajları:

Hassasiyet: Karmaşık ve hassas yapıya sahip organların oluşturulması.
Kişiselleştirme: Hastanın kendi hücreleri kullanılarak hastaya özel organların basılması.
Bulunabilirlik: Nakil için mevcut organ arzını artırma potansiyeli.

3D Baskı alanındaki başlıca zorluklar:

Malzemeler: Baskı ve organın düzgün çalışması için uygun biyolojik malzemelerin geliştirilmesi.
Kan Damarları: Basılan organın içinde verimli bir kan damarı sistemi oluşturulması.
Olgunlaşma: Basılan dokunun gelişimi için en uygun koşulların yaratılması.

Kök Hücre Nakli:

Kök hücreler, yüksek farklılaşma yeteneğine sahip farklılaşmamış hücrelerdir. Bu hücreler çok çeşitli hücre tiplerine dönüşebilir, bu da onları çeşitli hastalıkların tedavisi için potansiyel bir çözüm haline getirir.

Alanın karşı karşıya olduğu zorluklar:

Karmaşık Doku Mühendisliği: Kan damarları ve sinirler gibi tam işlevli organların oluşturulması. Şimdiye kadar bilim insanları yalnızca nispeten basit organlar yetiştirebildiler ve tam işlevli karmaşık organlar oluşturmanın bir yolu hala eksik.
Bağışıklık Reddi: Vücudun bağışıklık sistemi tarafından nakledilen organın reddedilmesinin önlenmesi. Bu soruna olası bir çözüm, hastaya genetik olarak uygun organlar yetiştirmek veya bağışıklık sistemini baskılayan ilaçlar kullanmaktır.
Etik Taahhütler: Laboratuvarda insan organları yetiştirmek, aşağıdakiler gibi karmaşık etik soruları gündeme getirir:
- Organ Tahsisi: Kimin nakledilen bir organ alacağına ve kimin bekleme listesinde kalacağına nasıl karar verilecek?
- Organ Pazarlaması: Organlar herkes için erişilebilir olacak mı, yoksa yalnızca parası yetenler için mi?
- "İnsan Evcil Hayvanları" Yaratmak: Hayvanlara nakletmek için insan organları yetiştirmek uygun mudur?

Alandaki Bilimsel İlerleme:

Son yıllarda organ büyütme alanında önemli ilerlemeler kaydedildi. Bilim insanları, mesane ve üretra gibi nispeten basit organları laboratuvarda yetiştirmeyi başardılar ve hatta bunları hastalara başarıyla naklettiler. Ayrıca kalp ve karaciğer gibi daha karmaşık dokuların yetiştirilmesinde de önemli ilerlemeler kaydedildi.

Organ Büyütmenin Geleceği:

Organ büyütme alanının tıp alanında devrim yaratması bekleniyor.
Gelecekte, herkes için kişiselleştirilmiş organlar ve hücreler laboratuvarda yetiştirilebilir, böylece ciddi hastalıklar tedavi edilebilir ve dünya çapında milyonlarca insanın yaşam kalitesi iyileştirilebilir.

Alanda Çığır Açan Deneyler:

Doku Mühendisliği:

Wake Forest Üniversitesi'nden bir bilim insanı ekibi (Dr. Anthony Atala liderliğinde), hastanın kendi hücrelerinden laboratuvarda bir insan mesanesi yetiştirmeyi ve hastalara başarıyla nakletmeyi başardı (2006).
Wake Forest Rejeneratif Tıp Enstitüsü'nden bir bilim insanı ekibi (Dr. Atlantida Raya-Rivera liderliğinde, Mexico City'de yürütülen araştırma), hastaların hücrelerinden laboratuvarda bir insan üretrası yetiştirmeyi ve beş erkek çocuğa başarıyla nakletmeyi başardı (2011).

Organların 3D Baskısı:

Harvard Üniversitesi'ndeki Wyss Enstitüsü'nden bir bilim insanı ekibi, böbreğin emilim fonksiyonunu taklit eden, kan damarlarına bağlı insan böbrek tübüllerini 3D olarak basmayı başardı (2019).
Tel Aviv Üniversitesi'nden bir bilim insanı ekibi, bir hastanın hücrelerinden kiraz büyüklüğünde minyatür bir insan kalbini 3D olarak basmayı başardı. Bu yalnızca bir fizibilite kanıtıydı: hücreler kasıldı ancak kalp henüz kan pompalayamıyordu (2019).
Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles'tan (UCLA) bir bilim insanı ekibi, kök hücrelerden üç boyutlu bir akciğer organoidi ("çanakta akciğer") yetiştirmeyi başardı; bu, akciğerin hava keselerini taklit eden minyatür bir yapıdır (bu, 3D baskı değil, hücre büyütmedir).

Kök Hücre Nakli:

Japonya'dan bir bilim insanı ekibi (Riken Enstitüsü, Dr. Masayo Takahashi liderliğinde), 2014 yılında yaşa bağlı makula dejenerasyonu (AMD) olan bir hastanın gözüne uyarılmış pluripotent kök hücrelerden (iPS) türetilen hücrelerin dünyadaki ilk naklini gerçekleştirdi. Deneyin amacı öncelikle güvenliği test etmekti ve bozulmanın ilerlemesini durdurmayı başardı (görmede belirgin bir iyileşme kanıtlanmadı).
ABD'den bir bilim insanı ekibi, motor fonksiyonu iyileştirmek amacıyla omurilik felci olan bir hastaya kök hücre nakletmeyi başardı.
ABD'de (UCSF, Dr. Tippi Mackenzie liderliğinde), şiddetli alfa talasemisi olan fetüslere, annenin kemik iliği hücreleri kullanılarak rahimde kök hücre nakli için dünyadaki ilk klinik deney gerçekleştirildi. Deney (1. aşama) güvenlik ve fizibiliteyi kanıtladı ancak hastalığın tamamen iyileşmesini sağlamadı.

.
Referanslar:

https://newsroom.wakehealth.edu/news-releases/2006/04/wake-forest-physician-reports-first-human-recipients-of-laboratorygrown-organs
https://www.cnbc.com/2016/02/16/wake-forest-university-scientists-print-living-body-parts.html
https://school.wakehealth.edu/research/institutes-and-centers/wake-forest-institute-for-regenerative-medicine
https://healthland.time.com/2011/03/08/scientistis-grow-a-new-urethra-and-possibly-many-other-human-organs-in-the-lab/
https://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-5494600,00.html
https://wyss.harvard.edu/news/a-step-forward-in-building-functional-human-tissues/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/03/harvard-scientists-bioprint-3-d-kidney-tubules/
https://www.ft.com/content/5bb992ca-5390-11e4-929b-00144feab7de
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9537826/