Türk bilim insanından gururlandıran çalışma

Laboratuvarda ilk kez insan saçını üretmeyi başaran Türk bilim insanı Dr. Erbil Abacı’nın çalışması, dünyanın en önemli dergilerinden Nature Communications'da yayınlandı.

CNN Türk'ten Esra Öz'ün haberine göre; Üç yıl süren çalışmanın en heyecan verici yönü ise, genetik deri hastalıkları ya da üçüncü derece yanıklar sonucu oluşan deri kayıplarının iyileştirilmesi üzerine de etkili olması hedefleniyor. Ayrıca yöntem robotik saç ekimi açısından da umut veriyor.,

Mühendislik yaklaşımı ile fizyolojik bir dokusal mimari oluşturarak saç oluşumunu tetikleyen Abacı, Columbia Üniversitesi Dermatoloji Bölümünde yürütülen araştırmanın başyazarı. Abacı’nın çalışmasında, 3-boyutlu yazıcılar kullanılarak, dermal ve epidermal hücreler 3-boyutlu yapay deri dokusu içerisine, tıpkı insan derisine benzer biçimde yerleştirildi. Bu sayede, hücreler birbirleriyle doğru şekilde etkileşime geçip, saç dokusu oluşumunu başlattılar. Bilim insanları, bu tekniği kullanarak hem tamamıyla vücut dışında hem de fareler üzerinde ilk kez insan saçını üretmeyi başardılar.

CNN Türk'ten Esra Öz, bu önemli çalışmanın detaylarını ABD’de Columbia Üniversitesi Dermatoloji Bölümü’nde araştırmalarını sürdüren Dr. Erbil Abacı ile konuştu.

Çalışmayı kısaca anlatır mısınız?

İnsan derisi, birçok farklı hücre ve doku tipini içinde barındıran oldukça karmaşık bir organ. Barındırdığı biyolojik çeşitliliğe örnek olarak kılcal damarlar, ter bezleri, hislerden sorumlu sinir hücreleri, deriye renk veren pigment hücreleri ve kıl dokuları sayılabilir. İnsan saç ya da kıl dokusu uzun yıllardır laboratuvar şartlarında üretilmeye çalışılmasına rağmen, bu biyolojik karmaşıklık yüzünden pek başarıya ulaşılamadı. Saç dokusunun oluşması için saça ait özel dermal hücreleri olan dermal papilla hücreleri ile bu hücrelerin hemen üzerinde yer alan epidermal hücrelerin birbiriyle kimyasal sinyaller aracılığı ile iletişim kurması gerekmektedir. Ancak bugüne kadarki çalışmalar, bu iki hücre tipini, vücuttakine benzer şekilde bir araya getirmeyi başaramamıştı. Biz ise çalışmamızda, 3-boyutlu yazıcıları kullanarak, dermal ve epidermal hücreleri 3-boyutlu yapay deri dokusu içerisinde, tıpkı insan derisindekine benzer biçimde konuşlandırabildik. Bu sayede, hücreler birbirleriyle doğru şekilde etkileşime geçip, saç dokusu oluşumunu başlattılar. Bu tekniği kullanarak hem tamamıyla vücut dışında hem de fareler üzerinde ilk kez insan saçını üretmeyi başardık!

Bu çalışma sayesinde, bir donörden 5 saç dokusu alıp, bu hücreleri laboratuvar şartlarında çoğalttıktan sonra tekrar bir araya getirerek, yaklaşık bin saç dokusu üretebilecek teknolojiye sahip olduk. İnsan saç dokusunun bu denli verimli bir şekilde üretilebilmesi, yakın gelecekte, klinik ve ilaç testi çalışmalarını büyük ölçüde etkileyecek ve hızlandıracaktır. Bu açıdan, yapay saç üretimindeki verimlilik, bizim çalışmamızın en özgün taraflarından bir tanesi. Yapay doku derken, okuyucuların aklına sentetik malzemeler ya da plastiklerin kullanılması gelmesin. Oluşan dokular tamamen insan hücreleri kullanılarak, vücut dışında üretiliyor.

Ayrıca şunu da belirtmek isterim ki yayınlanan çalışmamız kesinlikle kelliğe kalıcı bir çare ya da çözüm değil, fakat deri nakli ve saç ekimi çalışmalarını etkili hale getirmek ve insan saç biyolojisini daha iyi anlayabilmemiz için atılmış önemli bir adım.

Bu çalışmayı yapmaktaki amacınız neydi?

Bu çalışma, mühendislik ve biyoloji alanlarının etkili biçimde bir araya gelebildiği disiplinler arası çalışmalar için güzel bir örnek teşkil ediyor. Mühendisliğin amacı, en basit haliyle, farklı malzemeleri doğru miktar, oran ve geometrik biçimlerde bir araya getirip, bir yapı oluşturuyor. Örneğin bu, kimya mühendisi için bir reaktör, inşaat mühendisi için bir bina olduğu gibi, biyomühendis için de bir doku ya da organ olabilir. Deri ve saç alanında bugüne kadar yapılan biyolojik çalışmalar bize hangi tip hücrelerin, hangi oranlarda, nasıl bir geometride bir araya getirilmesi gerektiğinin reçetesini veriyor. Bu reçetedekileri okuyup dokuyu doğru şekilde inşa edebilme bilgisi ise mühendislerde var. O yüzden, ben kendimi yapay saç dokusu üretme konusuna kafa yormuş olan, belki de ilk mühendis olarak biraz şanslı hissediyorum. Mühendislik alanındaki son gelişmeler sayesinde bugün, 3-boyutlu yazıcılar ile hücreleri kolajen jeller içerisinde istediğimiz noktalara yerleştirebiliyoruz. Bizim bu çalışmadaki temel amacımız, benzer bir mühendislik yaklaşımı ile fizyolojik bir dokusal mimari oluşturarak saç oluşumunu tetiklemeye çalışmaktı.

Bu çalışmada tam olarak neler keşfettiniz?

Günümüzdeki deri nakli çalışmalarında kullanılan yapay deriler sadece iki hücre tipi içeriyor: keratinosit ve fibroblast. İnsan derisi ise, çok karmaşık ve yaklaşık elliden fazla hücre tipini barındırıyor. Bu sebeple, yapay deri nakli yapılan hastalarda doku ölümü, his kaybı ve pigmentasyon eksikliği kaçınılmaz oluyor. Saç ve kıl da uzun süredir giderilemeyen bu eksiklerin başında geliyor. Daha önceki çalışmalarımızda, pigment ve damar dokusunu yapay deriye başarıyla eklemiştik. Açıkçası, kıl dokusu listemizdeki eklenebilmesi en zor gözüken deri bileşeniydi. Saç ve kıl, aslında başlı başına bir mikroorgan. Örneğin, kıl dokusunun kendine ait yağ bezleri ve kök hücre kompartımanları var. Önümüzdeki yıllarda, bu tip önemli özellikleri de yapay saç dokusuna kazandırmak istiyoruz.

Bu çalışma bize neleri gösterdi? Başka canlılarla da çalıştınız mı?

İnsan dokularını doku mühendisliği ile hayvanlar üzerinde üretebilmek, tamamen vücut dışında üretebilmekten genel olarak daha kolay. Aslında canlı vücudu, dokuların gelişip fonksiyonel olması için gereken fiziksel ve kimyasal ortamı doğal olarak çok iyi sağlıyor. Bu yüzden doku mühendisliği açısından daha zorlu olan, bu yapay dokuların hiçbir hayvan ile temas etmeden oluşturulabilmesi. Biz bu çalışmada öncelikle tamamen laboratuvar şartlarında hayvansal sistemlerden bağımsız bir şekilde insan saç dokusu ürettik. Sonrasında, bu dokunun deri nakli çalışmaları için olan performansını test etmek için fare deneyleri yaptık. Elde ettiğimiz sonuçlar, bu teknolojinin bir sonraki aşamasındaki klinik çalışmalara aktarılabilmesi açısından çok umut verici.

İnsanlar üzerinde bu çalışmanın sonuçları nasıl etkili olacak?

İnsan derisini derinlemesine anlayabilmek ve deri hastalıklarına yönelik yeni ilaçlar geliştirmek için günümüzde hala hayvan modelleri kullanılıyor. Fare gibi kemirgen memelilerin deri ve kıl dokusu insanlara göre büyük farklılıklar gösteriyor. Bu sebeple, deri ve saç hastalıklarıyla ilgili yeni ilaç geliştirme çalışmaları genelde klinik fazlarda başarısızlığa uğruyor. Öte yandan, kozmetik ürünler, Avrupa’nın öncülüğünde alınan kararlar çerçevesinde artık hayvanlar üzerinde test edilemiyor. Bizim çalışmalarımızda olduğu gibi vücut dışında insan hücrelerini kullanarak üretebildiğimiz karmaşık yapay deri ve saç dokuları, ilaç keşfi çalışmalarına hız verecektir. Bu teknik ile yakın gelecekte hastaların kendi hücrelerini kullanarak, kişiye özel tedaviler ve ilaçlar geliştirmek mümkün olacak.

Çalışmamızın diğer bir uygulama alanı ise, genetik deri hastalıkları ya da üçüncü derece yanıklar sonucu oluşan deri kayıplarının iyileştirilmesi. Bu deri kayıpları hastanın yüz, kol ya da kafatası gibi kıl dokusunun yoğun olduğu bölgelerde gerçekleşebiliyor. Çalışmamız, kaybedilen deri ve kıl dokularının hastanın kendi hücrelerini kullanarak geri kazandırılabilmesi açısından umut verici.Son yıllarda robotik saç ekimi operasyonları yaygınlaşmaya başladı. Bu operasyon aslında tamamıyla otomasyona dayalı gibi gözükmesine rağmen hem hasta hem de cerrahlar için çok zahmetli.

Örneğin, kafatasının ön bölgesine yaklaşık bin adet saç ekimi yapılması gereken bir hastanın kafatasının arka bölgesinden yaklaşık 100 cm2 genişliğindeki bir alandan saç dokusu alınmak zorunda. Bu, hasta için zahmetli, acı veren ve kötü görüntü oluşturan bir operasyon. Şu anda geliştirdiğimiz teknik ile sadece 1 cm2 genişliğindeki bir alandan saç dokusu örneği alıp hücreleri laboratuvar şartlarında çoğaltarak, hastaya ekilebilecek bin adet saç dokusu üretebiliyoruz. Hedefimiz bu teknolojiyi yakın gelecekte robotik saç ekimi operasyonlarının bir parçası haline getirmek.

Sizi kısaca tanıyabilir miyiz?

Ben Columbia Üniversitesi Dermatoloji bölümünde öğretim üyesi olarak araştırmalarına devam eden bir biyomühendisim. İzmir’de doğup büyüdüm. Lisans ve yüksek lisans eğitimimi İzmir Yüksek Teknoloji Üniversitesi Kimya Mühendisliği bölümünde tamamladım. Sonrasında, 23 yaşında biyomühendislik alanında doktora çalışmaları yapmak üzere Amerika’da bulunan Johns Hopkins Üniversitesi’ne geldim. Orada, damar doku mühendisliği konusunda doktoramı tamamladıktan sonra, Cornell Üniversitesi ve ardından Columbia Üniversitesi’nde birkaç yıl, “İnsan Çipi”’ de denilen, mikroakışkan ilaç testi platformları ve deri dokusu mühendisliği üzerine çalıştım. Yakın zamanda, Columbia Üniversitesi’nde kendi laboratuvarımı kurma fırsatı buldum. Şu anda ise, grubumdaki araştırmacılar ile birlikte, karmaşık deri dokusunun kök hücreler kullanılarak oluşturulması üzerine çalışmalarımıza devam ediyoruz.