Quinton Smith, Albuquerque’deki New Mexico Üniversitesi Çocuk Hastanesi’nde gönüllü olarak çalışırken, asla doktor olamayacağını hemen anladı.
Sonra üniversitede bir lisans öğrencisi olan Smith, her zaman hasta çocukları görünce çok üzüldü. Ama, “belki onlara bilim konusunda yardımcı olabilirim” diye düşündü.
Smith, kimya mühendisliğini seçmişti çünkü bunu “hazırlamanın daha havalı bir yolu” olarak görüyordu. Sonunda yatak başı yerine laboratuvara inmesine rağmen, insanları rahatsız eden şeyleri iyileştirmenin yollarını bulma konusunda tutkulu olmaya devam etti.
Bugün Irvine, Kaliforniya Üniversitesi’ndeki laboratuvarında, gerçek hayattaki benzerlerini taklit eden minyatür, laboratuvarda yetiştirilen organlar yapmak için küçük elektroniklerin imalatında sıklıkla kullanılan araçları kullanıyor. Smith, “Hücreleri incelerken çoğu zaman onları bir petri kabında inceleriz” diyor. “Ama bu onların yerel biçimi değil.” Organoid adı verilen bu 3 boyutlu yapılara toplanmak üzere hücreleri teşvik etmek, araştırmacılara hastalıkları incelemek ve potansiyel tedavileri test etmek için yeni bir yol sağlayabilir.
Smith, Silikon Vadisi teknolojisi ile kök hücre biyolojisini birleştirerek, bilim adamlarının artık “insan dokuları gibi görünen, tepki veren ve işlev gören dokular yaptığını” söylüyor. “Ve bu daha önce yapılmadı.”
Kök hücrelerin gücü
Smith’in çalışmaları iki boyutta başladı. Lisans eğitimi sırasında iki yazı biyomedikal mühendisi Sharon Gerecht’in laboratuvarında, ardından Johns Hopkins Üniversitesi’nde geçirdi. Projesi, bir kan damarının oluştuğu ortamı taklit etmek amacıyla, silikon gofretler üzerindeki çok küçük odaların içindeki oksijen ve sıvı akışını kontrol edebilen bir cihaz geliştirmeyi amaçlıyordu. Smith, insan kaynaklı pluripotent kök hücrelere saygı duymaya başladığı yer burasıydı.
Bu kök hücreler, herhangi bir hücre tipini oluşturabilecek erken bir embriyonik aşamaya yeniden programlanan vücut hücrelerinden oluşur. Smith, “Bu hücreleri alıp herhangi bir şeye dönüştürebileceğiniz aklımı başımdan aldı” diyor.
Smith sonunda doktorası için Gerecht’in laboratuvarına döndü ve fiziksel ve kimyasal ipuçlarının bu kök hücreleri kan damarlarına dönüşmeye nasıl itebileceğini keşfetti. Araştırmacıların, hücrelerin bağlanmasına yardımcı olmak için cam slaytlara proteinleri damgaladıkları mikro desenleme adı verilen bir teknik kullanarak, hücreleri yapay kan damarlarının başlangıcına göre organize olmaya teşvik etti. Modele bağlı olarak, hücreler 2 boyutlu yıldızlar, daireler veya üçgenler oluşturarak hücrelerin bu tür boru biçimli yapıları oluşturmak için nasıl bir araya geldiklerini gösteriyor.
Smith ve meslektaşları, proteinlerden yapılmış küçük mikro modeller kullanarak, insan kaynaklı pluripotent kök hücreleri üçgenler, yıldızlar ve daireler halinde organize olmaya itti. Çoğunlukla kenarlarında floresan yeşili olarak işaretlenmiş hücreler, bir proteini kan damarlarının inşası için önemli kılar; kırmızı hücreler, kan damarları da dahil olmak üzere kasların kasılmasına yardımcı olan bir proteine sahiptir; ve mavi, tek tek hücrelerin çekirdeklerini işaretler. Q. Smith’in izniyle
MIT’de postdoc iken, karaciğer organoidlerine odaklanarak 3-D’ye geçti.
Dallanan kan damarları gibi, bir safra kanalları ağı karaciğer boyunca safra asidi taşır. Bu sıvı vücudun yağları sindirmesine ve emmesine yardımcı olur. Ancak yapay karaciğer dokusu, her zaman vücutta olduğu gibi dallanan kanalları yeniden oluşturmaz. Smith, laboratuvarda büyüyen hücrelerin “biraz yardıma ihtiyacı var” diyor.
Sorunların üstesinden gelmek için Smith ve ekibi, kanallar oluşturmak için minik akupunktur iğnelerinin etrafına sert bir jel döküyor. Jel katılaştıktan sonra, araştırmacılar kök hücreleri içine ekiyor ve hücreleri kanallar oluşturmaya ikna etmek için kimyasal ipuçlarıyla ıslatıyor. “Bir mühendislik yaklaşımı kullanarak isteğe bağlı safra kanalları oluşturabiliriz” diyor.
MIT’de Howard Hughes Tıp Enstitüsü araştırmacısı ve Smith’in doktora sonrası danışmanı olan biyomedikal mühendisi Sangeeta Bhatia, karaciğer organoidleri yapmaya yönelik bu yaklaşımın, Smith’in biyoloji dilini ve mühendislik dilini konuşması nedeniyle mümkün olduğunu söylüyor. Belirli hücre türlerinin vücutta birlikte çalışmak üzere nasıl organize edildiğini incelemek için hücre biyolojisi bilgisine başvurabilir ve mühendislik tekniklerinden yararlanabilir.
Örneğin, Smith’in laboratuvarı artık kan damarları ve safra kanalları da dahil olmak üzere laboratuvarda yetiştirilen karaciğer dokularının doğru şekilde düzenlenmesini sağlamak için 3 boyutlu baskı kullanıyor. Smith, bu tür mühendislik tekniklerinin, araştırmacıların yağlı karaciğer hastalığı gibi bazı karaciğer hastalıklarının arkasındaki temel nedenleri incelemesine ve saptamasına yardımcı olabileceğini söylüyor. Orantısız bir şekilde etkilenen Hispanik insanlar da dahil olmak üzere karaciğer hastalığı olan hastalardan alınan hücrelerle sağlıklı insanlardan elde edilen organoidlerin karşılaştırılması bir mekanizmaya işaret edebilir.
Karaciğerin ötesine bakmak
Ancak Smith kendisini karaciğerle sınırlamıyor. O ve stajyerleri, diğer dokuları ve hastalıkları da keşfetmek için kollara ayrılıyor.
Bu arayışlardan biri, hamile kadınları ve orantısız bir şekilde Afrikalı Amerikalı kadınları etkileyen bir hastalık olan preeklampsidir. Preeklampsili kadınlar, plasenta iltihaplandığı ve annenin kan damarlarını daralttığı için tehlikeli derecede yüksek tansiyon geliştirir. Smith, organdan gelen fiziksel kuvvetler ve kimyasal ipuçları gibi çevresel faktörlerin bağlı anne kan damarlarını nasıl etkilediğini belirlemek için laboratuvarda yetiştirilen plasentaları incelemeyi planlıyor.
Smith, “Bu çalışma için gerçekten heyecanlıyız” diyor. Bilim adamlarının kök hücreleri, plasenta oluşturabilecek daha erken bir gelişim aşamasına girmeleri için kandırmaları ancak son zamanlarda oldu. Laboratuarda yetiştirilen bu plasentalar, pozitif gebelik testlerinden sorumlu hormon olan insan koryonik gonadotropini bile üretir.
Kök hücrelerin gücü için bir başka zafer daha.
Quinton Smith, bu yılki SN 10: İzlenmesi Gereken Bilim Adamları’ndan biri, kendi alanlarına olağanüstü katkılar yapan kariyerinin başında ve ortasında olan 10 bilim insanından oluşan listemiz. Tam listeyi 2023 boyunca kullanıma sunacağız.
SN 10 için birini aday göstermek ister misiniz? İsimlerini, bağlılıklarını ve onlar ve çalışmaları hakkında birkaç cümleyi email@example.com adresine gönderin.