Araştırma
Çip üzerine organ teknolojisi
Bu testler için ise kültür hücreleri ve hayvan denekleri kullanılmaktadır [1]. Peki insanlar için üretilen bir maddeyi bir hücrenin veya bir hayvanın verebileceği tepkiyle sınırlandırmak ne kadar sağlıklı?
Deneylerde kullanılan hayvanlar her ne kadar insanlar gibi kompleks canlılar olsalar da ve hayvanların organları insan organlarıyla benzerlik gösterebilse de bilim insanları bazı çalışmalarda hayvanların ve insanların verdikleri tepkilerin farklı olduğunu ve bu farklılığın ciddi sağlık problemlerine yol açabileceğini tespit ettiler. Ayrıca verilen tepkiler aynı olsa da bu yöntemler hem çok uzun zaman almakta hem de çok pahalıya mal olmaktadır. Örneğin, bir ilacın keşfedilip markete sürülmesi yaklaşık 10 yıl sürüyor ve milyon dolarlar harcanabiliyor. Üstelik FDA onayı da alması gerekiyor [2,3].
Deneylerde hayvanların kullanılmasının negatif yönlerinden biri de bu yöntemin etik olup olmadığı. İnsan için üretilen bir maddenin tedavi edici olma özelliği olsa dahi bir başka canlıda test edilmesi ve testlerden sonra denek hayvanına ötanazi uygulanması hayvan haklarının ihlali konusunda hep bir tartışmaya neden olmuştur ama araştırmacılar etik kuralları çerçevesinde başka bir alternatif bulamadıkları için hayvan denekler kullanmak zorunda kalmışlardır. Wyss Enstitüsü’nden bilim insanları da bu başka alternatife odaklandılar ve tüm bu uzun süreli, pahalı ve etik olup olmadığı tartışılan yöntemlere son verebilecek bir teknoloji geliştirdiler. “Çip Üzerine Organ Teknolojisi”.
Organ çipler, insan organlarının karmaşık yapılarını ve işlevlerini taklit edebilen mikro akışkan cihazlardır. Canlı insan organ hücreleri, insan damar hücreleri ile dolu mikroakışkan kanallardan oluşan oldukça küçük boyutlu ve esnek polimerlerden oluşan bu cihazlar, hayvanların ve insanların deneylerde kullanılmasını gerektirmeden ilaçların etkilerini anlamamıza olanak sağlar [4].
Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsü’nün kurucu başkanı Donald Ingber öncülüğünde mühendisler, biyologlar ve hekimlerden oluşan bir ekip yaklaşık 15 adet çip geliştirdi [6]. İlk olarak akciğer çipi geliştirildi ve sonrasında bağırsak, kalp, solunum yolu, göz gibi diğer organ çipler de hızlı bir şekilde geliştirilmeye başlandı.
Akciğer çipi iki kanaldan oluşmaktadır. Üst kanal alveol epitel hücreleriyle doldurulmuş alt kanal ise beyaz kan hücrelerini içeren bir çözeltiye sahip kan damarı hücrelerinden oluşmuştur. Daha sonra bu çipe insan nefes alma hareketini simule edebilecek vakum özelliği eklendi ve insan fizyolojisindeki akciğeri en yakın şekilde taklit edebilecek şekilde geliştirildi. Aynı şekilde bağırsak çipine de peristaltik hareket özelliği eklenerek insan fizyolojisi bu çiplerde en iyi şekilde modellenmeye çalışıldı [6].
2014 yılında Wyss Enstitüsü’nde çalışan Megan McCain kalıtsal bir kalp hastalığı olan Barth Sendromunu kalp çipini kullanarak modellemeyi başardı. Şimdilerde ise Southern California Üniversitesi’nde bu çip üzerinde çalışmalarına devam ediyor. Donald Ingber ile bu projeyi yürüten isimlerden biri Dongeun (Dan) Huh ise ekibiyle birlikte göz çipini geliştirdi. Daha sonrasında göz kapağını da geliştiren ekip, insan gözünün en iyi şekilde modellenmesi için çalıştılar ve kronik göz hastalıklarının teşhis ve tedavisi için büyük bir gelişme sağladılar [6].
Organ çiplerle sağlık alanında yapılan diğer çalışmalara Ziober ve arkadaşlarının ağız kanserinin erken teşhisi için mikroakışkan çip kullanması, Sıtma hastalığının daha basit ve hızlı bir şekilde teşhisi için mikroakışkan çip kullanılması ve günümüzün ölümcül hastalıklarından biri olan Tüberkülozun hızlı tespiti için STMMicroelectronics tarafından mikroakışkan çip geliştirilmesi örnek olarak verilebilir [7].
Organ çiplerin geliştirilmesinden en çok etkilenen sektörlerden biri de kozmetik sektörü oldu. Şimdiye kadar üretilen ürünler için hayvan denekler kullanmak zorunda olan firmalar, deri çiplerinin üretilmeye başlamasıyla hem daha hızlı ve ucuz yöntemlerle üretim yapabilecekler hem de hayvan denek kullanımlarını ortadan kaldırabilecekler.
Deri çipleri üzerinde ilk kez 2014 yılında Amerika’da çalışılmaya başlandı. 2018 yılında ise Türkiye’de Gebze Teknik Üniversitesi Biyomühendislik Öğretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. Ali Akpek öncülüğünde geliştirilmeye başlandı [8].
İlaç ve benzeri maddelerin insan vücudundaki etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için üretilen organ çiplerinin birbirlerine bağlanarak bütüncül bir sistem üretilmesi gerektiğini düşünen MIT biyomühendislik profesörü Linda Griffith ve ekibi Wyss Enstitüsü’ndeki ekiple birlikte bileşik çip organlar sistemi üzerinde çalışıyor [6]. Bu sayede bağışıklık gibi faktörler de göz önünde bulundurularak organların birbirleriyle insan vücudundaki gibi etkileşimleri yapay ortamda da sağlanmış olacak ve maddelerin sistem üzerindeki etkileri daha doğru bir şekilde tespit edilebilecektir.
Organ üzerine çip teknolojisinin kişisel tıp teknolojisini de geliştirebileceği öngörülüyor. Wyss Enstitüsü’nden Geraldine Hamilton organ çipler üzerine yaptığı TED konuşmasında bu zamana kadar yapılan deneylerdeki tepki ölçümlerinde ortalama bir insanının baz alındığından yaş, cinsiyet, ırk gibi farklılıkların göz ardı edildiğini ve bu farklılıklardan dolayı insanlarda ters tepkiler oluşabileceğini söylüyor [10]. Bu teknoloji sayesinde ise kişiye özel çipler geliştirilebileceğini vurgulayan Hamilton, kişisel tıp teknolojisinin de gelecekteki yolunu aydınlatıyor.
Kaynaklar:
[1] Mert Gezek, binyaprak, (2017, 15 Kasım). Oyun Değiştirici Bir İcat: Organ-on-a-chip. Erişim Adresi: https://binyaprak.com/yazilar/oyun-degistirici-bir-icat
[2] Michael MacRae. (2015, 22 Ekim). Pharma Dips Into Organs on Chips. The Magazine of ASME. Erişim Adresi: https://www.asme.org/topics-resources/content/pharma-dips-into-organs-chips
[3] AVCI, H., SHIN, S. R., ZHANG, Y.S., DOKMECI, M.R., KHADEMHOSSEINI, A. (2018). İlaç Keşfi için Mikroakışkan Teknolojili Çip İçerisinde Kalp. Erişim Adresi: https://www.researchgate.net/publication/323689376_Ilac_Kesfi_Icin_Mikroakiskan_Teknolojili_Cip_Icerisinde_Kalp
[4] Harvard University, Wyss Instituei Human Organs-on- chips Erişim Adresi: https://wyss.harvard.edu/technology/human-organs-on-chips/ Erişim Tarihi:10.09.2021
[5] Erişim Adresi: https://www.flickr.com/photos/64860478@N05/47419676542 Erişim Tarihi: 12.09.2021
[6] Bilge Demirbaş, Evrim Ağacı, (2018, 30 Ocak). Çip Organlar. Erişim Adresi: https://evrimagaci.org/cip-organlar-5319
[7] Ertuğrul, İ. (2020). Mikroakışkan Çiplerin Biyomedikal Uygulamaları. Mühendislik Alanında Teori ve Araştırmalar 2, 159-174. Erişim Adresi: https://www.researchgate.net/publication/347964746_Mikroakiskan_Ciplerin_Biyomedikal_Uygulamalari
[8] Erişim Adresi: https://ajanimo.com/hayvan-deneylerini-sona-erdirecek-proje-turkiyede-deri-cipi/ Erişim Tarihi: 12.09.2021
[9] Erişim Adresi: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Multiple-organs-on-chips.png Erişim Tarihi: 12.09.2021
[10] Erişim Adresi: https://www.youtube.com/watch?v=CpkXmtJOH84 Erişim Tarihi: 04.09.2021
www.drbioengineer.com
