“Yeni çalışma, amputasyondan sonra insan uzuvlarının yenilenmesine yönelik uzun vadeli hedefe doğru bir adım attığını gösteriyor.”
Kyushu Üniversitesi ve Harvard Tıp Fakültesi’nden araştırmacılar, beraber yürüttükleri bir çalışmada, ciltte ve bağ dokusunda yaygın olarak bulunan hücreler olan fibroblastları, uzuv progenitör hücrelerine benzer özelliklere sahip hücrelere dönüştürebilen veya “yeniden programlayabilen” proteinleri tanımladılar. Developmental Cell dergisinde yayınlanan araştırmacıların bulguları, uzuv gelişimi konusundaki anlayışımızı geliştiren ve gelecekte rejeneratif tedaviye zemin hazırlayan bulgulardır.
Dünya çapında 60 milyona yakın insan uzuv kaybıyla yaşıyor. Ampütasyonlar, tümörler, enfeksiyonlar ve doğum kusurları gibi çeşitli tıbbi durumlardan veya endüstriyel kazalar, trafik kazaları ve deprem gibi doğal afetlerde meydana gelen travmalardan kaynaklanabilir. Uzuv yaralanması olan kişiler genellikle sentetik malzemelere ve metal protezlere güvenirler ancak birçok araştırmacı, rejeneratif tedaviyi veya doğal doku replasmanını potansiyel bir tedaviye bir adım daha yaklaştırmak amacıyla uzuv geliştirme sürecini inceliyor.
Harvard Tıp Fakültesi’nde bu projeyi ele almaya başlayan ve Kyushu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nde öğretim görevlisi olarak devam eden baş araştırmacı Dr. Yuji Atsuta “Embriyodaki uzuv gelişimi sırasında uzuv tomurcuğundaki uzuv progenitör hücreleri, kemik, kas, kıkırdak ve tendon gibi farklı uzuv dokularının çoğunu doğurur. Bu nedenle, bu hücreleri yapmanın kolay ve erişilebilir bir yolunu bulmak önemlidir,” diye açıklıyor.
Şu anda, uzuv progenitör hücrelerini elde etmenin yaygın bir yolu, doğrudan embriyolardan elde etmektir. Bu insan embriyoları söz konusu olduğunda, etik kaygılara yol açmaktadır. Alternatif olarak, indüklenmiş pluripotent kök hücreler (embriyonik benzeri bir duruma yeniden programlanan ve daha sonra belirli doku türlerine dönüştürülebilen yetişkin hücreler) kullanılarak da yapılabilirler. Atsuta ve meslektaşları tarafından geliştirilen ve fibroblast hücrelerini doğrudan uzuv progenitör hücrelerine yeniden programlayan ve indüklenmiş pluripotent kök hücreleri atlayan yeni yöntem, süreci basitleştiriyor ve maliyetleri azaltıyor. Aynı zamanda, sıklıkla uyarılmış pluripotent kök hücrelerde ortaya çıkan, hücrelerin kansere dönüşmesi endişesini de azaltır.
Araştırmanın ilk aşamasında araştırmacılar, farelerde ve tavuk embriyolarında erken uzuv tomurcuklarında hangi genlerin ifade edildiğine baktılar. Fibroblastlar ve uzuv progenitör hücreleri de dahil olmak üzere vücuttaki hemen hemen tüm hücreler aynı genomik DNA’yı içerir, ancak her hücre tipinin farklı özellikleri ve işlevleri, gen ekspresyonundaki (başka bir deyişle hangi genlerin aktif, hangi proteinlerin aktif olduğu) değişikliklere bağlı olarak gelişim sırasında ortaya çıkar. Hücrelerde gen ifadesinin kontrol edilmesinin bir yolu, transkripsiyon faktörleri adı verilen spesifik proteinlerdir.
Araştırma grubu, diğer dokularla karşılaştırıldığında erken uzuv tomurcuğunda daha yüksek oranda eksprese edilen, çoğu transkripsiyon faktörü olan 18 gen tanımladı. Fare embriyolarından fibroblastları kültürlediler ve bu 18 geni viral vektörler kullanarak fibroblastlara yerleştirdiler, böylece hücreler bu 18 protein faktörünü ürettiler. Modifiye edilmiş fibroblastların, uzuv tomurcuklarında bulunan doğal olarak oluşan uzuv progenitör hücrelerine benzer özellikleri aldığını ve benzer gen ekspresyonu gösterdiğini buldular.
Daha sonra, bir dizi deney sonrasında araştırmacılar seçimlerini daralttı ve fare fibroblastlarını uzuv progenitör benzeri hücrelere yeniden programlamak için yalnızca Prdm16, Zbtb16 ve Lin28a olarak bu üç protein faktörünün gerekli olduğunu belirledi. Dördüncü bir protein olan Lin41, kültürlenmiş uzuv progenitör hücrelerinin daha hızlı büyümesine ve çoğalmasına yardımcı oldu.
Araştırmacılar yalnızca yeniden programlanan uzuv progenitör hücrelerinin doğal uzuv progenitör hücrelerine benzer gen ifadesine sahip olduğunu doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda benzer yeteneğe sahip olduğunu da doğruladı. “Bu yeniden programlanmış hücreler yalnızca moleküler taklitler değil. Atsuta, bunların hem laboratuvar kaplarında (in vitro) hem de canlı organizmalarda (in vivo) özel uzuv dokularına dönüşme potansiyellerini doğruladık” diyor. “Yeniden programlanan fare hücrelerini tavuk embriyosunun uzuv tomurcuklarına nakletmek zorunda kaldığımız için in vivo testler özellikle zorlayıcıydı.” diye ekliyor.
Bu deneylerde araştırmacılar, genleri doğrudan enfekte olmuş hücrelerin genomuna yerleştiren ve hücrelerin kansere dönüşme riskini artıran lentivirüsleri kullandılar. Bunun yerine ekip, genleri genoma eklemeden hücrelere genleri ileten adeno-ilişkili virüsler veya plazmidler gibi diğer daha güvenli vektörleri değerlendiriyor.
Atsuta’nın laboratuvar grubu şimdi bu yöntemi gelecekteki terapötik uygulamalar için insan hücrelerine ve ayrıca atalarının evrim sırasında sonradan kaybedilen uzuvlara sahip olduğu yılanlara uygulamaya çalışıyor. “İlginç bir şekilde, yeniden programlanan uzuv öncü hücreleri uzuv tomurcuğu benzeri organoidler üretti; dolayısıyla artık bunlara sahip olmayan türlerde uzuv dokuları üretmek mümkün görünüyor. Uzuvsuz yılanların incelenmesi, gelişimsel biyolojide yeni yolları ve bilgileri ortaya çıkarabilir.” diyor.
Haber Çeviri Kaynağı: https://www.kyushu-u.ac.jp/en/researches/view/279