Vücut organlarının veya dokularının mini versiyonlarını ürettiğimizi düşünün. Bu sayede, organların gelişimini ilk elden görmek, yeni ilaçları hayvanlar yerine bu modeller üzerinde denemek, belli hastalıkların hücre düzeyinde etkileşimini doğrudan görmek mümkün olurdu. Organoid teknolojisi işte bu amaçla geliştiriliyor.
Organoidler, belli organları kopyalayacak şekilde kök hücrelerden in vitro üretilen, üç boyutlu mini doku kültürleridir. Bu mini kültürler, organın kendine mahsus özelliklerini kopyalayabilir veya belli bir organa mahsus davranışlar gösterebilir, mesela belli hücre türlerini üretebilir.
Harvard Kök Hücre Enstitüsü’ne göre, teoride, vücuttaki bütün doku ve organları kopyalayabilen organoidler yapmak mümkün. Şu ana kadar ise bilim insanları beyni, böbrekleri, akciğerleri, bağırsakları, mideyi ve karaciğeri kopyalayan organoidler üretmiş durumda.
Organoidler, belli organları kopyalayacak şekilde kök hücrelerden in vitro üretilen, üç boyutlu mini doku kültürleridir. Bu mini kültürler, organın kendine mahsus özelliklerini kopyalayabilir veya belli bir organa mahsus davranışlar gösterebilir, mesela belli hücre türlerini üretebilir.
Bu şekilde doku üreterek organların nasıl oluştuğuna ve büyüdüğüne dair ilk elden bilgiler elde edilebiliyor. Disease Models & Mechanisms dergisinde yer alan makalesinde, Lancaster ve Huch, organoidlerin, organların kendilerine mahsus gelişim programlarına uygun olarak büyüdüğünü, böylece ortaya çıkan doku morfolojisinin, gerçek organ mimarisine oldukça sadık kaldığını söylüyor. Bu sayede, organoidler, insan gelişimine ve hastalıkların oluşumuna dair gerçek modeller sunuyor. Hastalıkların tedavisinde de organoidler muazzam imkanlar sunuyor. İlaç etkileşimlerini, gerçek dokuyla nasıl irtibata geçtiklerini organoidler üzerinden görmek de mümkün.
İnsan bedenini anlamak, hastalıkları modellemek
Organoidler sayesinde, insan hücreleri kullanılarak dokuların minyatür versiyonlarını üretmek mümkün. Bu şekilde sadece insanlarda görülen hastalıkların daha iyi anlaşılacağı düşünülüyor.
Şimdiye kadar insan biyolojisine dair bildiklerimiz daha ziyade fareler ve diğer hayvan modeller üzerine yapılan deneylerin insanlara uyarlanması şeklinde gerçekleşti. Organoidler sayesinde, insan hücreleri kullanılarak dokuların minyatür versiyonlarını üretmek mümkün. Bu şekilde sadece insanlarda görülen hastalıkların daha iyi anlaşılacağı düşünülüyor. Harvard Kök Hücre Enstitüsü’nde araştırmacı olarak çalışan Dr. Paola Ariotta, “Zamanın en önemli nöropsikiyatrik ve nöro-gelişimsel hastalıklarından bazıları, mesela şizofreni veya otizm gibi insana mahsustur ve bütün bir insan genomunu etkiler,” der. Ariotta’nın laboratuvarında, daha uzun süre organoidlerin olgunlaşması sağlanıyor, bu sayede daha karmaşık yapılar haline gelebiliyorlar. Binlerce hücreye sahip olan bu organoidler, karmaşık bir etkileşim ağı içerisinde yer alan farklı türde beyin hücresini çoğaltarak, nöropsikiyatrik patolojilerin beyin hücreleri arasındaki bu ilişkiyi nasıl etkilediğini modellemizi sağlıyor.
Mevcut organoid teknolojisine bakıldığında, otistik bireylerde hücre çoğalmasına müdahil olan gen regülasyonunda görülen abnormal davranışlar otistik hastalardan alınan organoidler üzerinde gösterilmiştir. Yine, Zika virüsünün, erken dönem embriyo gelişimi esnasında, nöron üreten hücrelerin zamanından önce farklılaşmasına neden olarak mikrosefaliye sebebiyet vermesi de organoidlerde gözlemlenmiştir.
Kök hücre hastalıkları ve şahsa özel tıp
Dr. Carla Kim gibi araştırmacılar, kök hücrelerin, doku oluşumunda, idamesinde ve işlevlerinde oynadığını rolü, yine organoidler sayesinde öğrenmenin mümkün olduğunu söylüyor
Kök hücreler, sınırsız bir bölünme ve doku üretme kapasitesine sahip olduğundan belli hastalıkların tedavisinde kullanılabilir. Öte yandan, pek çok hastalığın da bizzat kök hücrede veya diğer hücrelerin onlarla etkileşiminde görülen anomalilerden kaynaklanabileceği de öne sürülüyor.
Dr. Carla Kim gibi araştırmacılar, kök hücrelerin, doku oluşumunda, idamesinde ve işlevlerinde oynadığını rolü, yine organoidler sayesinde öğrenmenin mümkün olduğunu söylüyor. Akciğerin iki ayrı kısmını da kopyalayan akciğer organoidleri üreten ilk araştırmacılar da onlar. “Kök hücrenin, hangi özel hücreleri üretmesi gerektiğini nasıl bildiğini anlamaya çalışıyoruz,” diyor Kim. Pek çok akciğer hastalığının kök hücrelerde görülen sorunlardan kaynaklandığı düşünüldüğünde, bu soruyu hastalık halinde kök hücrelerin neden bu görevi layığıyla yerine getiremediğini anlamak için de sormak mümkün.
Hastalıkların tedavisinde organoidler
Harvard’da ve diğer araştırma merkezlerinde, belli hastalıkları tedavi etmek için hücrelerin, hatta dokuların ne şekilde dönüştürülebileceği veya nakledilebileceği üzerine çalışılıyor. Mesela HSCI’da çalışan Dr. David Breault, meslektaşı Dr. Qiao Zhou ile beraber, bağırsak hücrelerini insülin üreten beta hücrelere dönüştürmeye çalışıyor. Bu da oldukça yaygın bir hastalık olan diyabetin tedavisinde çığır açan bir yaklaşım olacak. Breault, hastadan elde edilen iPS hücrelerinin insülin üreten beta-benzeri hücrelere dönüştürüldüğü organoidler üretme ihtimaline değiniyor.
İlaç üretiminde organoidler
Hayvan modeller yerine doğrudan insan hücreleri kullanmak ilaç geliştirme ve imalat sürecinde ciddi bir gelişme sağlayacaktır.
Organoidler ilaçların üretilmesi esnasında da oldukça faydalı olabilir. Öyle ya, bu uğurda yapılan testlerde pek çok maddenin hücreler üzerinde denenmesi gerekiyor. Şimdiye kadar bu deneyler ya hayvan modeller ya da normal veya hastalıklı dokulara pek benzemeyen hücre hatları üzerinde gerçekleştiriliyordu. HSCI Yönetim Kurulu üyelerinden Dr. Lee Rubin, klinik deneylerin başarısızlık oranlarının bu kadar yüksek olmasını buna bağlıyor. Hayvan modeller yerine doğrudan insan hücreleri kullanmak ilaç geliştirme ve imalat sürecinde ciddi bir gelişme sağlayacaktır. Ayrıca Nature’ın haberine göre, organoid üretmek için, misal biyopside alınan parçalar kadar ufak bir malzeme yeterli. Hastalıkların modellenmesi, gen editleme ve organ nakli gibi alanlarda organoidlerin kullanılma ihtimalinin yüksek olduğu da belirtiliyor.