Hastalara Göre Özelleştirilebilen İnsan Organı Üzerindeki Tak ve Çalıştır Çip
Fotoğraf 1 : Çok organlı çip, cam mikroskop slayt boyutuna sahiptir ve konumu ve sayısı sorulan soruya göre uyarlanabilecek dört insan mühendisliği dokusunun kültürüne izin verir. Bu dokular vasküler akım ile bağlanır, ama seçici geçirilebilir. Endotel bariyerlerinin varlığı dokuya özgü nişlerini korumaktadır. Kacey Ronaldson-Bouchard/Columbia Mühendislik
Columbia Mühendislik ekibinden elde edilen büyük ilerleme, kanser gibi sistemik hastalıkların daha iyi modellenmesi için vasküler akışla birbirine bağlanan mühendislik ürünü insan dokularından yapılan ilk çoklu organ çipini gösteriyor.
Tasarlanmış dokular, hastalıkları modellemek ve ilaçların etkinliğini ve güvenliğini insan bağlamında test etmek için önemli bir bileşen haline geldi. Araştırmacılar için önemli bir engel, vücut fonksiyonlarını ve sistemik hastalıkları, tıpkı vücutta olduğu gibi, fizyolojik olarak iletişim kurabilen çok sayıda tasarlanmış doku ile nasıl modelleyeceklerini bulmaktı. Bununla birlikte, biyolojik ve biyomedikal çalışmalar için gerekli olduğu gibi, spesifik doku fenotiplerinin haftalar ila aylar boyunca korunabilmesi için tasarlanmış her dokuya kendi ortamını sağlamak esastır. Zorluğu daha da karmaşık hale getirmek, bireysel olarak tasarlanmış doku ortamlarından ödün vermeden birden fazla organ sistemini içeren koşulları modellemek için gerekli olan fizyolojik iletişimlerini kolaylaştırmak için doku modüllerini birbirine bağlamaya gerekliydi.
Hastalara Göre Özelleştirilebilen İnsan Organı Üzerindeki Tak ve Çalıştır Çip
Şimdiye kadar, hiç kimse her iki koşulu da karşılayamadı. Bugün, Columbia Mühendislik ve Columbia Üniversitesi Irving Tıp Merkezi’nden bir araştırma ekibi, mühendislik yoluyla birbirine bağlanan insan kalbi, kemiği, karaciğeri ve derisinden oluşan çok organlı bir çip şeklinde bir insan fizyolojisi modeli geliştirdiklerini bildirdi. Birbirine bağlı organ fonksiyonlarının tekrar özetlenmesine izin vermek için dolaşımdaki bağışıklık hücreleri ile vasküler akış. Araştırmacılar, esas olarak, hastaya göre özelleştirilebilen, mikroskop lamı boyutunda bir tak ve çalıştır çoklu organ çipi yarattılar. Hastalığın ilerlemesi ve tedaviye yanıtlar bir kişiden diğerine büyük ölçüde değiştiğinden, böyle bir çip sonunda her hasta için kişiselleştirilmiş tedavi optimizasyonu sağlayacaktır. Çalışma, Nature Biomedical Engineering dergisinin Nisan 2022 sayısının kapağıdır.
Fotoğraf 2 : Dört hafta boyunca karaciğer, kalp, kemik ve deri kültürü yapılmış, vasküler akım ile bağlantı. bu dokular, bireysel insan hastalıkları ve ilaç testi çalışmaları için hastaya özgü bir çip, mükemmel bir model olarak insan etkili tek bir pluriptent kök hücreden oluşturulabilir.Columbia Mühendislik
Üniversite Profesörü ve Mikati Vakfı Biyomedikal Mühendisliği, Tıp Bilimleri ve Diş Hekimliği Profesörü proje lideri Gordana Vunjak-Novakovic “Bu bizim için büyük bir başarı – on yıl boyunca yüzlerce deney yürüterek, sayısız harika fikir keşfederek ve birçok prototip inşa ederek geçirdik ve şimdi en sonunda organ etkileşimlerinin biyolojisini başarılı bir şekilde yakalayan bu platformu geliştirdik.” dedi.
İnsan Vücudundan İlham Aldı
Fotoğraf 3 : Çok organ çipinde kültürlenilen dokular (soldan sağa deri, kalp, kemik, karaciğer ve endotel bariyer) vasküler akışla bağlantıktan sonra dokuya özgü yapılarını ve fonksiyonlarını sağladılar.
Çalışmanın baş yazarı ve Vunjak-Novakovic’in Kök Hücreler ve Doku Mühendisliği Laboratuvarı’nda yardımcı araştırma bilimcisi olan Kacey Ronaldson-Bouchard, “Bireysel fenotiplerini korurken dokular arasında iletişim sağlamak büyük bir zorluk oldu” dedi. “Hastadan türetilen doku modellerini kullanmaya odaklandığımız için, her dokuyu hastada göreceğiniz tepkileri taklit edecek şekilde çalışacak şekilde ayrı ayrı olgunlaştırmalıyız ve birden fazla dokuyu bağlarken bu gelişmiş işlevi feda etmek istemiyoruz. Vücutta her organ kendi çevresini korurken, dolaşımdaki hücreler ve biyoaktif faktörler taşıyan damar akımı ile diğer organlarla etkileşime girer. Bu nedenle, biyolojik aslına uygunluğunu korumak için gerekli olan her bir doku nişini korurken, organlarımızın vücuttaki bağlantı şeklini taklit ederek dokuları vasküler dolaşım yoluyla bağlamayı seçtik. ”dedi.
Optimize Edilmiş Doku Modülleri Bir Aydan Uzun Süre Korunabilir
Grup, her biri optimize edilmiş ortamında doku modülleri yarattı ve bunları seçici olarak geçirgen bir endotel bariyeri ile ortak vasküler akıştan ayırdı. Bireysel doku ortamları, endotel bariyerleri boyunca ve vasküler dolaşım yoluyla iletişim kurabildi. Araştırmacılar ayrıca doku yanıtlarını yaralanmaya, hastalığa ve terapötik sonuçlara yönlendirmedeki önemli rolleri nedeniyle makrofajlara yol açan monositleri vasküler dolaşıma soktular.
Tüm dokular, bireyselleştirilmiş, hastaya özel çalışmalar için yeteneği göstermek amacıyla küçük bir kan örneğinden elde edilen aynı insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden (iPSC) türetilmiştir. Ve modelin uzun vadeli araştırmalar için kullanılabileceğini kanıtlamak için ekip, zaten büyümüş ve olgunlaşmış dokuları vasküler perfüzyonla bağlandıktan sonra dört ila altı hafta daha korudu.
Antikanser İlaçlari Incelemek için Modeli Kullanma
Araştırmacılar ayrıca, modelin insan bağlamında önemli bir sistemik duruma ilişkin çalışmalar için nasıl kullanılabileceğini göstermek istediler ve antikanser ilaçlarının olumsuz etkilerini incelemeyi seçtiler. Yaygın olarak kullanılan bir antikanser ilacı olan doksorubisinin kalp, karaciğer, kemik, cilt ve damar sistemi üzerindeki etkilerini araştırdılar. Ölçülen etkilerin, aynı ilacı kullanan kanser tedavisine ilişkin klinik çalışmalardan bildirilenleri özetlediğini gösterdiler.
Ekip, ilacın absorpsiyonunun, dağılımının, metabolizmasının ve salgılanmasının matematiksel simülasyonları için çoklu organ çipinin yeni bir hesaplama modelini paralel olarak geliştirdi. Bu model, doksorubisinin metabolizmasını doksorubisinol’e ve çipe difüzyonunu doğru bir şekilde öngördü. Diğer ilaçların farmakokinetiği ve farmakodinamiğine ilişkin gelecekteki çalışmalarda hesaplama metodolojisi ile çoklu organ çipinin kombinasyonu, ilaç geliştirme boru hattındaki iyileştirmelerle birlikte klinik öncesi ila klinik ekstrapolasyon için gelişmiş bir temel sağlar.
Vunjak-Novakovic.”Bunu yaparken, ilacın geniş kullanımını sınırlayan ana yan etki olan kardiyotoksisitenin bazı erken moleküler belirteçlerini de tanımlayabildik. En önemlisi, çoklu organ çipi, klinisyenlerin sıklıkla terapötik doksorubisin dozlarını azaltmasını ve hatta tedaviyi durdurmasını gerektiren kardiyotoksisite ve kardiyomiyopatiyi tam olarak öngördü.” dedi.
Üniversite Genelinde İşbirlikleri
Çoklu organ çipinin gelişimi, HeLiVa platformu olarak adlandırılan kalp, karaciğer ve damar sistemine sahip bir platformdan başladı. Vunjak-Novakovic’in biyomedikal araştırmasında her zaman olduğu gibi, işbirlikleri işin tamamlanması için çok önemliydi. Bunlar arasında laboratuvarının ortak yeteneği, Andrea Califano ve onun sistem biyolojisi ekibi (Columbia Üniversitesi), Christopher S. Chen (Boston Üniversitesi) ve Karen K. Hirschi (Virginia Üniversitesi), vasküler biyoloji ve mühendislik alanındaki uzmanlıkları olan Angela M. Christiano ve onun cilt araştırma ekibi (Columbia Üniversitesi), Columbia Üniversitesi’ndeki Proteomics Core’dan Rajesh K. Soni ve CFD Research Corporation’daki ekibin hesaplamalı modelleme desteği.
Hepsi Bireyselleştirilmiş Hastaya Özel Bağlamlarda Çok Sayıda Uygulama
Araştırma ekibi şu anda bu çipin varyasyonlarını çalışmak için kullanıyor, hepsi de bireyselleştirilmiş hastaya özel bağlamlarda: meme kanseri metastazı; prostat kanseri metastazı; lösemi; radyasyonun insan dokuları üzerindeki etkileri; SARS-CoV-2’nin kalp, akciğer ve damar sistemi üzerindeki etkileri; iskeminin kalp ve beyin üzerindeki etkileri; ve ilaçların güvenliği ve etkinliği. Grup ayrıca biyolojik ve tıbbi çalışmaları ilerletmek için tam potansiyelini kullanmaya yardımcı olmak için hem akademik hem de klinik laboratuvarlar için kullanıcı dostu standart bir çip geliştiriyor.
Vunjak-Novakovic şunları ekledi: “Organ çipleri üzerinde on yıllık araştırmadan sonra, bir hastanın fizyolojisini milimetre büyüklüğündeki dokuları – atan kalp kası, metabolize eden karaciğer ve işleyen deri ve kemik – bağlayarak modelleyebilmemizi hala şaşırtıcı buluyoruz. Hastanın hücrelerinden büyüdü. Bu yaklaşımın potansiyeli konusunda heyecanlıyız. Yaralanma veya hastalıkla ilişkili sistemik koşulların çalışmaları için benzersiz bir şekilde tasarlanmıştır ve mühendislikle oluşturulmuş insan dokularının biyolojik özelliklerini iletişimleriyle birlikte korumamıza olanak tanır.
Kaynak. scitechdaily.com
