Oyun Değiştirici Bir İcat: Organ-on-a-chip

 Çip üzerinde organ olur mu? Olursa potansiyeli ve geleceği nedir birlikte keşfedelim.

Biyoteknolojik alandaki gelişmelerin sayısı günden güne hızlanarak artmaya devam ediyor. Bunlardan birisi de disiplinler arası çalışmanın bir ürünü olan organ-on-a-chiptir (çip üzerinde organ).

Organ-on-a-chip nedir?

Silikon kauçuk yapıdan oluşan ve içerisinde taklit edilmesi istenen organa ait hücreler ve mikro akışkan sıvılar içeren bir çiptir. Çipin orta kısmında ise porlu ve esnek yapıda olan geçirgen bir zar, zarın üst kısmında ilgili organın hücreleri, alt kısmında ise kılcal damar hücreleri bulunur. Zarın üst tarafında bulunan kanaldan hava akışı alt tarafında bulunan kanaldan ise kan akışı sağlanır.

Neden organ-on-a-chip ihtiyacı duyduk?

Bu çiplerin dizaynındaki ana amaç hücrenin doğal ortamındaki şartların yaratılmasını sağlamaktır çünkü hücreler insan vücudu içerisinde dinamik yapıda ve sürekli olarak mekanik etkilere maruz kalmaktadır. Çipte ise bu durum yan kısımlarda bulunan vakum kanalları sayesinde peristaltik hareketler oluşturularak sağlanmaktadır. 

Peki biz çip üzerinde yetiştirilmiş bir organa neden ihtiyaç duyduk? Tabi ki bu teknolojik ürün ihtiyaçtan ötürü gelişti. Yeni bir ilacın keşfi ve geliştirilmesi ortalama olarak 12 yıl ve milyonlarca dolara mal oluyor. Ayrıca ilaç geliştirmeye harcanan para gitgide artarken FDA tarafından onaylanan ilaç sayısı ise gittikçe azalıyor. (Klinik araştırmalara giren 10 ilaçtan sadece 1'i FDA onayını alabiliyor.) Bir ilacı insan üzerinde denemediğimizde ise işe yarayıp yaramayacağını (etkileri, yan etkileri, toksisitesi vs.) zor kestiriliyor. Öte yandan biyoloji, genetik, kimya gibi birçok alanda çalışan araştırmacıların canlı hücreler üzerinde çalışması elzemdir. Fakat şu anda canlılar için yapılan çalışmalarda canlı hücrelerin geliştirilen ilaca ya da etkiye vereceği tepkiyi gözlemlemek için klinik öncesi araştırmalarda kullanılan iki metot vardır. Bunlar petri kaplarında yetiştirilen hücreler ve canlı hayvanlar. Fakat her iki model de bizlere uygulanacak etkiye insan hücrelerinin nasıl tepki vereceğine dair sağlıklı bir bilgi vermiyor. Petri kaplarında ürettiğimiz hücreler dinamik, 3 boyutlu, kompleks yapıdaki bir ortamdan böyle bir ortama konulmayı sevmiyorlar. Hayvanlar üzerinde çalışmak ilk yönteme göre kompleks yapıda bir organizmanın vereceği tepkiyi gözlemleyebildiğimiz için daha iyi gözükse de insanlar üzerinde oluşacak durum tam olarak öngörülemiyor. Ayrıca hayvan denekler üzerinde çalışmak çok zaman alıyor ve oldukça masraflı bir iş. İşte burada insan hücrelerinin vereceği tepkiyi daha hızlı ve daha ucuz şekilde gözlemleyebileceğim çiplerimiz devreye giriyor! Çip modelinde insan hakkında daha tahmin edilebilir ve gerçekçi bir model sunuluyor.

Çiplerin potansiyeli ve geleceği

Wyss Enstitüsünde Donald E. Ingber liderliğinde çalışan ekip şu ana kadar 7 çeşit organ çipi üretti. Bunların arasında akciğer, bağırsak, karaciğer gibi çipler mevcut. Çipler üzerinde herhangi bir etkiyi gözlemlememiz mümkün. Örneğin akciğer çipinde enfeksiyon taklit edilip nasıl bir tepki verildiği gözlemlendi. Akciğer çipine bir bakteri konuldu ve alttan akan kanda bulunan antikorlar akciğer hücrelerinin bulunduğu zarın diğer kısmına geçip bakteri hücrelerini etkisiz hale getirdi. Ufacık bir çip içerisinde vücudumuzda gerçekleşen bir olayı gözlemledik ve bu müthiş! 

Ayrıca üretilen çipler mikro akışkanlar sayesinde birbirleri ile bağlı olarak çalışabiliyor. Bu şu anlama geliyor: human-on-a-chip! Tek tek organ üzerindeki etkileri gözlemleyebileceğimiz gibi birçok organ birlikte çalışırken verilmiş olan bir ilaç için nerede ne kadar tutuluyor, nerelerde birikiyor, hangi organlara ne gibi etkileri var gibi sorulara yanıt alarak bir insanın ilaca verdiği dinamik tepki gözlemlenebiliyor. Ayrıca bir bireye ait farklı organlardan alınan kök hücrelerle oluşmuş farklı organ çiplerinin birbirine bağlanmasıyla kişiye özgü çiplerin oluşturulması planlanıyor; örneğin, Mert-on-a-chip gibi. 

Skin-on-chip adı verilen deri çipleri sayesinde kozmetik ve kimyasal ürünlerin test edilmesi ve çeşitli araştırmaların yapılmasında kullanılmak üzere çipler de mevcut. Gelecekte ise bu çiplerin kişiselleştirilmiş tıpta çok önemli bir rol alması bekleniyor çünkü klinik uygulamalarda kullanılan veriler ortalama bir bireye ait veriler. Yaş, cinsiyet, genetik farklılıklar gibi etkenler sebebiyle uygulanacak etkiye karşı verilecek farklı tepkiler bu çipler sayesinde gözlemlenebilecek hatta bu çipler birbirine bağlanarak populations-on-a-chip oluşturulup risk altındaki gruplar tespit edilebilecek. 

Kullanımının basit olması ve herhangi bir eğitim almadan adeta bir CD gibi tak-çalıştır mantığıyla kullanabiliyor olması bu teknolojiyi etkili kılıyor. Bu çipin geliştirilmesinde çalışan Dongeun Huh'un dediği gibi '' Daha ucuz ve daha erken yanıl!'' İşte bu teknolojinin özü tam olarak bu.

Bu yazı Bin Yaprak misafir yazarlarından Mert Gezek tarafından yazılmıştır.

Not: Kapak fotoğrafı için kullanılan kaynak: https://www.wired.com/2015/06/chip-mimics-human-organs-design-year/