Hasarlı organları iyileştirmek veya değiştirmek için laboratuvarda oluşturulan dokuları kullanmak, tıbbın geleceği için en büyük vizyonlardan biridir. Sentetik malzemeler doku iskelesi olarak uygun olabilir, çünkü doğal dokulardan farklı olarak, vücudun yeni doğal yapılar oluşturması için organizmada yeterince uzun süre stabil kalırlar. Fonksiyonel doku için temel bir gereklilik, kan damarlarının içlerinde büyüyebilmesi ve organizmanın damar sistemine bağlanabilmesi, böylece dokunun oksijen ve besinlerle uygun şekilde beslenmesidir [1].
Almanya, Münster'deki Max Planck Moleküler Biyotıp Enstitüsü'nden biyomedikal mühendisi Dr Britta Trappmann tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, ilk kez, sentetik malzemelerden yapılmış bir çerçeve içinde işlevsel bir kan damarı sisteminin büyüyebildiği bir hücre kültürü sistemi geliştirdi. Kontrollü bir şekilde değiştirebilecekleri özelliklere sahip özel bir hidrojel içinde çalışan bilim adamları, önce insan kan damarı astar hücrelerinden bir ana kan damarı üretti. Daha sonra yapay hücre ortamının malzeme özelliklerinin ek kan damarlarının oluşumunu nasıl etkilediğini araştırdılar ve onlara ince ayarlar yaptılar. Temel bulguları özetleyen Britta Trappmann, şunları vurguluyor "Sentetik doku malzemesi, kan damarı hücrelerinin zarındaki belirli yapışma moleküllerini aktive etmelidir, böylece hücreler ana damardan gruplar halinde göç eder ve tübüler yapılar oluşturur. Aynı zamanda, hücrelerin yeterli büyüklükte kan damarları oluşturması için materyalin yeterince parçalanabilir olması gerekir”. Hücrelerin doğal ortamını taklit etmek için daha sonraki adımlarda birçok ek biyomolekül ve hücrenin model sisteme entegre edilmesi gerekecektir- bunlar sinyal proteinleri, bağışıklık hücreleri veya kan damarlarını stabilize eden hücreler olabilir [2].
Şekil 1. Endotel hücrelerinin (pembe hücre çekirdeği) bir ana kan damarından (solda dik) büyüyen yeni kan damarları oluşturduğu sentetik bir hidrojel [3]
Bu çalışmada araştırmacılar, bir model sistemi geliştirdiler. Bu sistem, bilim adamlarının bir akupunktur iğnesi kullanarak iki kanal oluşturduğu üç boyutlu şeker bazlı bir hidrojelden oluşur. Her kanalın çapı 400 mikrometredir ve birbirlerine yaklaşık bir milimetre mesafede paralel uzanırlar. Bilim adamları, bir kanalda, doğal dokulardaki kan damarlarını oluşturan endotel hücrelerini tohumladılar [1].
Şekil 2. Ardışık iki adımdan oluşan damar oluşumunun şeması [3]
Britta Trappmann, "Endotelyal hücreler birbirleriyle temas kurar ve kanaldaki sentetik doku ortamlarına bağlanır, böylece yaklaşık bir gün sonra bir ana kan damarı oluşturur" diye açıklıyor. Bu gerçekleştiğinde, ikinci kanal yoluyla doğal dokularda kan damarı büyümesini sağlayan moleküllerden oluşan bir büyüme faktörü kokteyli sunulur, bunun üzerine endotelyal hücreler hidrojele göç eder [1]. Bilim adamları daha sonra hidrojelin hangi özelliklerinin göç eden endotel hücrelerinin gerçekten yeni kan damarları oluşturup oluşturmadığını bulmak istediler. Hücrelerin çevrelerine yapıştığı hücre zarındaki sözde yapışma moleküllerinin aktivasyonunun oynadığı rolü araştırdılar. Araştırmacılar önce hidrojel doku çerçevesini, integrinler adı verilen endotel hücrelerinin zarında bulunan belirli bir tür yapışma molekülünü aktive eden çeşitli miktarlarda peptitlerle zenginleştirdiler [1].
Peptitlerin konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, endotel hücreleri hidrojel boyunca birlikte o kadar fazla göç eder. Buna karşılık, integrin fonksiyonunu bloke edildiğinde, hücrelerin sadece tek tek göç ettiği gözlemlenmiş. Bir sonraki adımda, ekip bu süreci iki spesifik integrin alt tipine bakarak araştırdı. Britta Trappmann,” integrin avß3'ün, endotel hücrelerinin gruplar halinde göç etmesi için aktive edilmesi gereken önemli yapışma molekülü olduğunu bulduk " diyor. Bilim adamları ayrıca hücre göçünün, endotel hücrelerinin bir sonraki adımda ana damarla bağlantılı boşluklar oluşturması için bir ön koşul olduğunu gösterdi [1].
Kan damarı hücreleri daha sonra tübüler yapılar oluştursa da, bunlar doğal dokulardakinden daha küçüktü. Bilim adamları bunun sentetik hidrojelin doğal dokudan daha az parçalanabilir olması ve hücrelerin kayabileceği daha küçük gözeneklere sahip olması nedeniyle olabileceğini varsaydılar. [1].
KAYNAKÇA
[1] Cells in Motion Interfaculty Centre (CiM). (2021, 27 Temmuz). Synthetic tissue model with blood vessels. Erişim adresi https://www.mpg.de/17286095/0726-vasb-first-synthetic-tissue-model-developed-in-which-blood-vessels-can-grow-154090-x?c=2249
[2] First synthetic tissue model developed in which blood vessels can grow. (2021, 2 Ağustos). Erişim adresi https://www.bionity.com/en/news/1172151/first-synthetic-tissue-model-developed-in-which-blood-vessels-can-grow.html.
[3] Liu, J., Long, H., Zeuschner, D., Räder, A. F., Polacheck, W. J., Kessler, H., ... & Trappmann, B. (2021). Synthetic extracellular matrices with tailored adhesiveness and degradability support lumen formation during angiogenic sprouting. Nature communications, 12(1), 1-12.