Diyabetten travmaya kadar değişen sebeplerden uzuvlarını kaybeden milyonlarca hastanın doğal yenilenme yoluyla işlevlerini geri kazanması henüz mümkün değil. Yeniden çıkan bacaklar ve kollar, şimdilik semenderlerin ve süper kahramanların uzmanlık alanı.
Fakat Tufts Üniversitesi ile Harvard Üniversitesinin Wyss Enstitüsünde çalışan bilim insanları, iki gün önce Science Advances bülteninde yayımlanan yeni çalışmalarında bizi bu hedefe adım daha yaklaştırıyorlar.
Araştırmacılar, uzuvları doğal şekilde yeniden çıkmayan yetişkin kurbağalarda kaybolan bacağın yeniden büyümesini tetiklemeyi başarmış. Bu doğrultuda beş farklı ilacı karıştıran bilim insanları, oluşturulan iksiri silikondan yapılan ve giyilebilen bir biyoreaktöre koymuşlar. Kubbe şekline sahip biyoreaktör, bacağın kalan kısmında sadece 24 saat tutulmuş. Uygulanan bu kısa süreli tedavi, çalışan bir bacağı geri getiren ve 18 ay süren yeniden büyüme dönemini harekete geçirmiş.
Aralarında semenderler, deniz yıldızları, yengeçler ve kertenkelelerin de yer aldığı pek çok canlı, en azından bazı organlarında tam yenilenme kabiliyeti taşıyor. Hatta yassı kurtlar parçalara ayrılsa bile her parçadan bir bütün organizma oluşuyor. İnsanlarda da yeni dokuların oluşmasıyla yaralar kapanıyor. Üstelik karaciğerlerimiz, %50’lik bir kayıptan sonra bile neredeyse yassı kurtlar gibi büyüyüp tam boyutuna geri dönebiliyor.
Fakat büyük ve karmaşık yapılı bir uzvun (ör. kol veya bacak) kaybı, insanlarda veya memelilerde herhangi bir doğal yenilenme süreciyle geri gelmiyor. Aslında, büyük yaraları şekilsiz bir yara dokusu kütlesiyle kapatma eğilimi sergiliyoruz. Bu sayede daha fazla kan kaybı ve enfeksiyon olması önlenirken, enfeksiyonun daha fazla büyümesi de engelleniyor.
Yenilenmenin başlatılması
Tufts Üniversitesinde çalışan araştırmacılar ise söz konusu yenilenme sürecini, Afrika pençeli kurbağalarındaki yarayı silikon bir kapakla kapatarak tetiklemişler. BioDome adı verilen bu kapak, beş ilaçtan oluşan bir kokteylin yer aldığı ipek proteini jeli içeriyor.
Her ilaç farklı bir amaca hizmet ediyor. İlaçların faaliyetleri arasında iltihaplanmayı bastırmak, yara dokusunun oluşmasına yol açan kolajen üretimini engellemek ve yeni sinir lifleri, damarlar ile kasların büyümesini teşvik etmek bulunuyor. Kullanılan bu ilaç bileşimi ile biyoreaktör, bölgesel bir ortamın yanısıra çeşitli sinyaller de sağlayarak uzuv kalıntısını kapatmaya dönük doğal eğilime baskın geliyor ve sonucu yenilenme süreci lehine değiştiriyor.
Tedavi uygulanan kurbağaların çoğunda çarpıcı bir doku büyümesi gözleyen araştırmacılar, neredeyse tamamen işlevsel haldeki bir bacağı yeniden oluşturmuşlar. Yeni uzuvlar, doğal bir uzvun kemik yapısına benzeyen özellikler taşıyan uzamış kemik yapısına, nöronlar da dahil olmak üzere daha zengin ve bütüncül iç dokulara ve alttaki kemiğin desteğinden mahrum olsa da uzvun uç kısmından çıkan birkaç “parmağa” sahip.
Yeniden çıkan bu uzuv, hareket edebilmenin yanında sert bir lifle dokunma gibi uyaranlara karşı da tepki veriyor. Üstelik kurbağalar bu uzvu yüzerken kullanıyor ve tıpkı normal bir kurbağa gibi hareket ediyorlar.
Tufts Üniversitesi Allen Keşif Merkezinde çalışan ve makalenin birinci yazarı olan araştırma görevlisi Nirosha Murugan, “Seçtiğimiz ilaçların neredeyse eksiksiz bir uzvun oluşumuna yardımcı olduğunu görmek çok heyecan verici” diyor. “İlaçlara sadece kısa süreliğine maruz kalmanın aylar süren bir yenilenme sürecini harekete geçirmesi, kurbağaların ve belki de diğer hayvanların pasif yenilenme kabiliyetleri olabileceğini ve bu kabiliyetlerin tetiklenebileceğini akla getiriyor.”
Araştırmacılar, yapılan bu kısa süreli müdahalenin hangi mekanizmalarla uzun vadeli büyümeye yol açtığını da araştırmış. Tedaviden sonraki ilk birkaç günde, normalde gelişen bir embriyoda vücudun şekillenmesine yardımcı olması için kullanılan bilindik moleküler güzergâhların faaliyete geçtiği tespit edilmiş.
Bu güzergâhların etkinleşmesi, uzvun büyütülmesi için aylar süren terapik müdahaleler gerektirmekten ziyade; dokunun büyüme ve düzenlenme yükünün embriyolardaki gibi uzva yüklenmesine olanak sağlayabilir.
BioDome nasıl çalışıyor?
Doğal şekilde yenilenme kabiliyeti sergileyen hayvanlar, çoğunlukla sucul bir ortamda yaşıyor. Bir uzvun kaybından sonra gerçekleşen büyümenin ilk aşaması, uzvun kalan ucunda oluşan ve blastema adı verilen bir kök hücre kütlesini kapsıyor. Bu kütle, kaybolan vücut parçasının kademeli şekilde yeniden inşa edilmesinde kullanılıyor. Yara bölgesi, yaralanmayı takip eden ilk 24 saat içinde hızlıca cilt hücreleriyle kaplanıyor ve yeniden inşa edilen alttaki doku korunuyor.
“Memeliler ve yenilenme kabiliyeti bulunan diğer hayvanların yaraları, genelde havaya maruz kalıyor veya yer ile temas ediyor” diyor çalışmanın eş yazarı ve Tufts’ta mühendislik profesörü olan David Kaplan. “Bu sebeple yaranın kapanması günler veya haftalar sürebiliyor. BioDome kapağının ilk 24 saatte kullanılması, doğru ilaçlar ile birlikte dölüt torbası benzeri bir ortamın da taklit edilmesiyle yeniden oluşum sürecinin yara dokusuna müdahale olmadan ilerlemesine olanak sağlıyor.”
Kurbağalar ve memelilerde sonraki adımlar
Tufts’ta çalışan araştırma takımının önceki çalışmasında BioDome ile beraber kullanılan sadece bir ilaç (progesteron), önemli derecede doku büyümesi tetiklemiş. Fakat işlemin sonucunda diken şeklinde büyüyen bu uzuv, yeni çalışmada elde edilen işlevsel ve normal şekilli uzva hiç benzememiş.
Beş ilaçtan oluşan kokteyl, tamamen işlevsel kurbağa uzuvlarının geri getirilmesi yolunda önemli bir mihenk taşını temsil ediyor. Bunun yanısıra ilaç ve büyüme faktörü kombinasyonları üzerinde yapılacak ileri keşiflerin; normal parmaklar, ağ yapısı ve daha detaylı iskelet ile kas özellikleriyle beraber işlevsel yönden çok daha eksiksiz uzuvların çıkarılmasına yol açabileceğini akla getiriyor.
Tufts Allen Keşif Merkezinin başkanı, Wyss Enstitüsünde fakülte üyesi ve Tufts Sanat & Fen Bilimleri Fakültesinde biyoloji profesörü olan eş yazar Michael Levin, “Sıradaki adımımız, tedavinin memelilere nasıl uygulanabileceğini test etmek olacak” diyor.
“Açık yaranın BioDome altında sıvı bir ortamla ve doğru bir ilaç kokteyli ile kaplanması, yenilenme sürecini harekete geçirmek için gereken ilk sinyalleri sağlayabilir” diyor Levin. “Bu stratejide karmaşık büyümenin mikro yönetimine değil; doğuştan gelen ve pasif duran anatomik biçimlenme programlarının tetiklenmesine odaklanılıyor çünkü yetişkin hayvanlar, vücut yapılarının oluşması için gereken bilgiyi hâlâ taşıyor olabilir.”
Yazar: Mike Silver/Tufts Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
