Yapay organlar için yönlendirilebilir kan damarı ağı geliştirildi

LABORATUVAR ortamında geliştirilen yapay dokuların canlılığını sürdürebilmesi için oksijen ve besin taşıyan ince damar ağlarına ihtiyaç duyuluyor. Bilim insanları kas, karaciğer, böbrek ve deri dokularını üretmeyi başarsa da insan saçından daha ince kılcal damarların güvenilir biçimde oluşturulması, doku mühendisliğinin temel sorunlarından biri olmaya devam ediyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü araştırmacıları, mekanik kuvvetler ve manyetik alan kullanarak yapay damarların büyümesini ve yönünü kontrol eden yeni bir yöntem geliştirdi.

PNAS’ta yayımlanan çalışmada, posta pulundan daha küçük bir ‘çip üzerinde kan damarı’ sistemi tasarlandı. Araştırmacılar, cihazın içine yerleştirilen küçük bir mıknatıs yardımıyla canlı insan endotel hücrelerini mekanik olarak gerdi ve bu hareketin yeni kılcal damar oluşumunu tetiklediğini belirledi.

ÇİP ÜZERİNDE DAMAR MODELİ

Geliştirilen sistemde besin açısından zengin bir jel içine ince ve içi boş bir kanal oluşturuldu. Bu kanal, insan vücudunda damarların iç yüzeyini oluşturan endotel hücreleriyle kaplandı. Cihazın içine yerleştirilen mıknatıs, dışarıdan kontrol edilen motorlu bir platformla hareket ettirildi. Böylece kanal çevresindeki hücreler belirli oranlarda gerildi ve damar dokusu kontrollü biçimde mekanik uyarıma maruz bırakıldı. Araştırmacılar, ana damarın toplam genişliğinin yüzde 5’i kadar ileri geri hareket ettirilmesinin çok sayıda yeni kılcal damar filizlenmesini sağladığını belirledi. Gerilme oranı yüzde 15’e çıkarıldığında ise daha az sayıda ancak daha uzun damarların oluştuğu görüldü. Manyetik hareketin yönü değiştirildiğinde büyüyen damarların da aynı doğrultuya yöneldiği  tespit edildi. Bu sonuçlar, yalnızca damar oluşumunun miktarının değil, uzunluğunun ve büyüme yönünün de mekanik kuvvetlerle kontrol edilebildiğini gösterdi.

YAPAY DOKULARDA TEST EDİLECEK

Çalışmanın eş başyazarlarından Ritu Raman, fiziksel uyarılarla damar büyümesini programlama yeteneğinin tekrarlanabilir ve ölçeklenebilir yapay dokuların geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini belirtti. Araştırma ekibi, yöntemi kas dokularında organize damar ağları oluşturmak amacıyla test etmeye başladı. Bir sonraki aşamada sistemin farklı yapay doku modellerine uyarlanması  ve daha büyük damar ağlarında uygulanabilirliğinin incelenmesi planlanıyor.

Piezo1 geninin rolü

Araştırma ekibi, hücrelerin mekanik gerilmeye nasıl tepki verdiğini anlamak için PIEZO1 genine odaklandı. PIEZO1, hücre zarında mekanik basınca tepki veren iyon kanallarının oluşumunda rol oynuyor. Genin baskılandığı endotel hücreleriyle yapılan deneylerde, mekanik uyarım sürmesine rağmen yeni damar oluşumunun önemli ölçüde azaldığı görüldü. Araştırmacılar, bu bulgunun damar büyümesinde

PIEZO1 kanallarının belirleyici rol oynadığını gösterdiğini belirtti. Mevcut damar oluşturma çalışmalarında çoğunlukla kimyasal büyüme faktörlerinden yararlanılıyor. MIT ekibinin yöntemi ise hücrelere doğrudan fiziksel kuvvet uygulanmasına dayanıyor. Bu yaklaşım, damar ağlarının belirli bir yönde ve istenen yapıda büyütülmesine imkan sağlıyor. Böylece farklı doku türlerinin ihtiyaçlarına göre daha düzenli damar sistemleri oluşturulması hedefleniyor.