Yeni dizayn edilen bu teknikle beyindeki bağlantılar çalışılarak kişisel tıp’a önemli katkılar sağlanacak.

Yarı iletken endüstrisinde kullanılan teknikler ile MIT ve Harvard Tıp Fakültesi'nden mühendisler basit ve ucuz bir yöntem geliştirerek beyin dokularını laboratuar ortamında üç boyutlu şekilde oluşturdular.

Bu yeni teknik ile canlı beyin dokuları orijinaline benzer şekilde inşa edile biliniliyor. Bu sayede bilim insanları nöronların nasıl bağlantı kurduklarını ve kullanılan ilaçların kişiden kişiye nasıl etki gösterdiğini tahmin edebilecek. Ayrıca, araştırmacılara göre bu teknik ile organ sistemlerindeki hasarlı dokuların yerine yenileri ile değiştirilecek biyo-mühendislik harikası dokuların geliştirilmesinin de önü açılmış olunacak.

Harvard-MIT Sağlık Bilimleri ve Teknolojileri (HST) bölümünden Prof. Utkan Demirci, Nörobiyoloji içine bu tür kontroller ve manipülasyonlar getirerek, pek çok farklı yönlerin araştırılabileceğini vurguluyor.

Prof. Utkan Demirci, MIT Media labs ve McGovern Enstitüsünde biyoloji, beyin ve bilişsel bilimler mühendisi Prof. Ed Boyden’in kıdemli yazarlığında ve Harvard-MIT Sağlık Bilimleri Teknolojileri, Harvard Tıp Okulu ve Birgham and Women’s Hospital’da doktora sonrası çalışmalarını yürüten Dr. Umut Atakan Gürkan’ın başyazarlığında yeni tekniğin tanımlandığı bu makale 27 Kasım 2012 tarihinde Advanced Materials’da yayınlandı.

Prof. Ed Boyden, daha önce karaciğer ve böbrek gibi yapay dokular oluşturulmuş olsa bile, özellikle çok yoğun bağlantıların olduğu çeşitli hücrelerin bulunduğu beyin dokusunun oluşturulmasının çok daha heyecan verici olduğunu belirtmekte.

Beyin dokusu engelleyici ve uyarıcı olmak üzere çeşitli nöronlar içermektedir. Bununla beraber glial hücreler gibi destekleyici hücrelerde bulunmaktadır. Tüm bu hücreler özel oranlarda ve özel bölgelerde oluşmaktadır.

Araştırmacılar,  bu tip mühendislik harikası dokuların karmaşık mimarisini oluşturabilmek için hidrojel tabakaları üzerine sıçan primer korteksten alınan karışık beyin hücrelerini gömüyorlar.

Bu tabakalar, daha sonra ışık kullanılarak hidrojeller ile çapraz bağlantılar oluşturabilecek bağlantılı katmanlara istifleniyor. Şekilleri değişen plastik fotomaskeler ile jellerin katmanlarını kapsayan araştırmacılar, böylece jelin maruz kaldığı ışık miktarını kontrol ederek çok katmanlı doku yapılarının 3 boyutlu olarak şekillerini kontrol edebiliyorlar.

Bu tip fotolitografiler, yarı iletken üzerine bütünleşmiş devreler oluşturmak içinde kullanılır. Bu işlemlerin oluşturulması için fotomask oluşturma makinelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu da birkaç bin dolara mal olmaktadır. Fakat bu çalışma ile araştırma ekibi dokuları birleştirmek için çok daha hesaplı bir yöntem geliştirdi.

Doku küpleri tek bir vücut hücresi ile karşılaştırıldığında 10 mikronluk bir hassasiyetle yapılabilir. Yelpazenin diğer ucunda araştırmacılar, 100.000 hücre ve 900 milyon bağlantıyı bir milimetre küp içinde oluşturmayı hedefliyor.

Çalışma ekibinde bulunmayan Carneige Mellon Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünden Profesör Metin Sitti; bu tekniğin ucuz, güvenilir ve karmaşık yapılara izin vermesi açısından sağladığı avantajla 3 boyutlu doku oluşturmada ihtiyaçları karşıladığını belirtiyor.

Doğal beyin dokusunda olduğu gibi sinirlerin nasıl bir bağlantı ve iletişimde olduğunu belirlemekte bu tekniğin temel bazı sorulara cevap olacağı ön görülmektedir.

Prof. Boyden’de kısa bir süre içerisinde sinir hücrelerin nasıl birbiri ve çevresi ile iletişim kurduklarının detaylı bir şekilde aydınlatılacağını düşünüyor.

İlk adım olarak, araştırmacılar kullanılan bir doku üzerindeki çalışmalar ile nöronların büyümesinin kısıtlamasında etkili olan çevresel faktörlerin nasıl olduğunu bulmaya çalıştılar. Bunu yapmak içinde farklı boyutlarda jel küplerine nöronlar yerleştirildi. Ardından bu nöronların bir biri ile iletişim kurmak için kullandıkları akson uzamaları ölçüldü. Bu koşullarda nöronlar “klostrofobikler” oluşturdu. Prof. Demirci; küçük jellerde aksonların uzamasının beş kat daha büyük bir jele göre yeteri kadar olamayacağını da belirtiyor.

Araştırmacılar, bu çalışmaların yapay doku oluşturmalarında karşılaşılabilinecek problemlerin çözümüne ışık tutacağını umuyor.

Prof. Boyden, bu çalışmaların bir başka uygulamasının da nörolojik hastalarda ilaç etkinliğinin ne olabileceğini doktorlara sunabilme imkânın sağlanabileceğini ve bu sayede kişiler üzerinde birçok ilaçlar deneyip doğru ilacı bulmak için uzun yıllar harcamaya gerek kalmayacağını belirtiyor.

Bu yayının diğer yazarları, sırasıyla Harvard Tıp Okulu (HMS) ve Sağlık bilimleri Teknolojilerinde (HST) ziyaretçi olarak lisansüstü çalışmalarını sürdüren Yantao Fan, Yine HMS ve HST’de doktora sonrası çalışmalarda bulunan Feng Xu ve Emel Sokullu Urkac, HMS ve HST’de ziyaretçi tıp öğrencisi olan Güneş Parlakgül. MIT lisans üstü öğrencileri Burcu Erkmen ve Jacob Berstein ve son olarakta  Tsinghua Üniversitesi profesörü Wangli Xing’dir.

Bu çalışma Ulusal Bilim Vakfı (NSF), Paul Allen Ailesi Vakfı, New York Kök Hücre Vakfı, Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH),  A.F Mühendislik ve teknolojisi harvey ödülleri ve MIT Lincoln laboratuarları tarafından finansal olarak desteklenmiştir.

Kaynak: http://web.mit.edu/newsoffice/2012/precisely-engineering-3d-brain-tissues-1130.html