Canlı Yayın
Esra Öz
Science Dergisi’nde yayınlanan makalede, kök hücreler tarafından oluşturulan progenitor (öncül) hücrelerin doku yenilenmesinin (rejenerasyon) nasıl gerçekleştiğini, yaralanma ve doku ya da organ kaybı sonrası kendini bir hafta içinde yenileyebilen, bir yassı solucan türü olan planarya modelinde tanımladılar.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT)’nde doktora araştırmalarını sürdürmekte olan ve bu çalışmayı tasarlayan Türk bilim insanı Kutay Deniz Atabay, “Planarya, bir model organizma olarak rejenerasyon çalışmak için ideal bir konumda. İlginç ve dinamik biyolojileri, sistem düzeyinde farklı yapıların (dokular, organlar) birbirleriyle nasıl entegre olduğunu anlamaya çalışmak için oldukça ideal. Bunun yanında oldukça karikatür-vari bir görünümleri var, mikroskop altında onları incelemek her zaman için ilginç bir deneyim” dedi.
Geleceğin cerrahları sanal ameliyat ile tecrübe kazanıyor
Geleneksel tıbba tüm dünyada ilgi neden artıyor?
Türk bilim insanı Kutay Deniz Atabay, araştırma hakkında sorularımı yanıtladı.
Bu çalışmada tam olarak neler keşfettiniz?
Doku ve organ yenilenmesi (rejenerasyon), son 200 yıldır gizemi bunu başarabilen bazı hayvan türleri üzerinde yapılan araştırmalarla çözülmeye çalışılan bir konu. Kaybedilen ya da hasar gören organların içinde bulundukları sistem tarafından yenilenebilmesi birden fazla karmaşıklık düzeyinin moleküler, hücresel ve organ sistemleri birbirleriyle etkileşmesinin bir sonucu. Bu çalışmada, aslında tam olarak bunu gösteriyoruz. Planarya gibi doku yenilenme kapasitesi çok yüksek organizmalarda, ortaya çıkardığımız basit üç kuralın etkileşimi sistemin kendini yenilemesini olanaklı kılıyor. Buna göre, kendi kendine organizasyon; göç halinde olan kök hücreler için tanımlanmış “hedef bölgeler” ve bu hücrelerin oluşturulduğu anatomik alanları tanımlayan ve dokuların devamlılığını sağlayabilen “hedeflenebilir bölgeler”in sistem içindeki davranışları rejenerasyonu olanaklı kılıyor.
Temel olarak, matematik ve fiziğin üzerinde durduğu kavramlardan biri olan kendi kendine organizasyon (self-organization) düzenli ve karmaşık bir yapının ya da bir fonksiyonun, bu yapıyı oluşturan elemanlar arasındaki yerel ilişkilerin sonucunda ortaya çıkması olarak tanımlanabilir. Biz bu tip ilişkilerin rolünü planaryada gözlerin rejenerasyonu esnasında inceledik ve gözlerin, beynin ve başka bazı organların da bu alanda tanımlanmış ilkelere göre rejenere olduğunu gösterdik.
Bir planaryanın kafası kesildiğinde hem kafa parçası hem de vücut parçası kendini yenileyerek iki planarya oluşturuyor. Hem kafa hem de vücut parçalarında açık olan ve bir gen ekspresyon programı ile belirlenen koordinat haritaları, birkaç gün içerisinde yeni koordinatları daha küçük boyutlarda tekrar oluşturabiliyor. Tam bu sırada, yani var olan anatomi henüz değişikliğe uğramamış durumdayken, yeni koordinat haritası ile var olan anatomi arasında geçici bir uyumsuzluk olduğunu fark ettik. Fakat buna rağmen sistem fonksiyonlarını koruyarak ve hata yapmadan rejenere olmayı başarabiliyor. Bunun sebebinin, var olan belirli organların birer “çeker” (attractor) gibi davranması olduğunu gösterdik.
Bir metafor kullanırsak, bu durumda gözler tıpkı bir karadeliğin olay ufkuna giren ışığı içine çekmesi gibi kendine yönelmiş kök hücreleri içine çekiyor diyebiliriz. Bunu gösterebilmek için, basit bir cerrahi operasyonla gözlere doğru sürekli göç halinde olan kök hücrelerin göç yollarını değiştirmeyi başardık. Bunun sonucunda, var olan gözlerin “çekim etkisinden” kurtulabilen kök hücreler yeni koordinatlarına ulaşabilmeyi başarıp yeni bir göz oluşturdular ve 3 gözlü planaryalar elde ettik. Aynı yaklaşımla, 5 gözlü planaryalar da oluşturmayı başardık.
Oluşan yeni gözlerin hepsinin ışığa tepki verdiğini, fonksiyonel olduğunu gösterdik. Bu hayvanları uzun süre takip ettiğimizde ise bütün gözlerin bazıları yanlış koordinatlarda olsa bile tekrar tahmin ettiğimiz gibi korunduğunu gördük. Beynin de aynı ilkelere göre davrandığını gösteren bir dizi deney yaptıktan sonra, başarılı rejenerasyonu mümkün kılan ve sistemin davranışlarını önceden tahmin etmemizi sağlayacak bir model oluşturduk.
Neden planaryalar üzerinde çalıştınız?
Planaryalar doku ve organ yenilenmesi konusunda bildiğimiz en başarılı hayvan modeli. Yetişkin bireylerde vücuttaki bütün hücre tiplerini oluşturabilen ve kendini sürekli yenileyebilen “neoblast” adını verdiğimiz kök hücreler bulunuyor. Bu tip kök hücreler genellikle karşımıza başka türlerde embriyonik dönemin ilk aşamalarında çıkıyor. Planaryalar henüz nedenini bilmediğimiz bir şekilde bu kök hücreleri yaşamları boyunca korumayı başarabiliyor. Bu da onları besin bulabildikleri sürece ölümsüz yapıyor. Neoblastlar, bütün dokuları sürekli üretme ve değiştirme halindeler.
Başka bir metafor kullanırsak, bu sistem, tıpkı Japonya’daki Şinto Tapınakları ya da Yunan Mitolojisi’ndeki Theseus Gemisi gibi şeklini koruyarak sürekli kendini yeniliyor. Bir planarya yaralandığında ya da parçalara ayrıldığında neoblastların sayısında bu yaralanmaya bağlı bir artış gözlemliyoruz ve yeni dokular ve organlar buna bağlı olarak tekrar hızla oluşturulabiliyor. Bu organizmanın bu kadar dinamik bir yapıya sahip olması bu çalışmada sorduğumuz ve benzeri soruları sorabilmemizi olanaklı kılıyor.
Axolotl gibi bazı semender türleri, deniz yıldızları, ahtapotlar ve başka birçok canlı da yüksek rejenerasyon yetenekleri sayesinde aynı araştırma alanına girebilir. Su sıralar oluşturduğumuz modeli ve bu modelin bu çalışmada değinmediğimiz bazı öngörülerini başka organizmalara doğru genişletecek adımları atmaya çalışıyoruz.
İnsanlar üzerinde bu çalışmanın sonuçları nasıl etkili olacak? Omurilik travması, felç, Alzheimer ya da Parkinson hastaları için umut olabilir mi?
İnsanlarda bağırsak, kan ve deri gibi bazı doku ve organ sistemleri yaralanma sonucunda kendini yenileyebilirken sinir sistemi bunu başaramıyor. Travma, felç ve nörodejeneratif hastalıklar sonucunda hasar gören ya da kaybedilen sinir dokusunun kendini onarma kapasitesi oldukça sınırlı. Bu çalışmada ortaya çıkardığımız ilkelerin uzun vadede sinir sisteminin rejenerasyonunu mümkün kılacak farklı tedavi yaklaşımlarına yardımcı olmasını umuyorum.
Örnek olarak omurilik dokusunu ele alabiliriz: Omurilik içerisinde belli hareketlerden sorumlu bölgesel sinir devreleri bulunuyor. Belirli sinir hücre tipleri (nöron tipleri) omurilik içinde keskin bir şekilde bu devreleri oluşturuyor. Bu devreleri oluşturan sinir hücreleri farklı orijinlerden gelip spesifik anatomik noktalara yerleşiyorlar. Bu durum gelişim esnasında açılan bir dizi programın bir sonucu.
Bir travma sonrasında bu sinir devrelerinin tekrar oluşumu benzer gelişimsel faktörlerin ortamdaki varlığını gerektirebilir. Bu çalışmada gelişim esnasında kullanılan bu stratejilerin rejenerasyon yeteneği olan canlılarda nasıl kullanıldığını yakından incelemeye aldık. Aynı zamanda bu hücrelerin oluştuğu alanların boyutları, karakteristik yapıları ve oluşan devrenin yenilenebilmesi gerekli şartların neler olabileceğini sorgulayan ilk adımları atmaya çalıştık.
Aynı ilkeler, uzun vadede, travma, felç ve nörodejeneratif hastalıklarda kaybedilen sinir dokusu ya da hücre tiplerinin de hangi ilkelere göre, hangi anatomik alanlarda dokuyu yenileyebileceğini öngörebilmek için kullanılabilir ve kök hücre tabanlı tedavi yaklaşımlarını şekillendirebilir diye umuyorum. Bugün bu tip durumların kesin bir tedavisinin bulunmaması temel anlamda bu sistemlerin nasıl çalıştığını tam olarak bilmememizden kaynaklanıyor, bu da temel bilimlerin önemini artıran bir durum. Temel bilimlere ve araştırmaya verilen önem ve destek arttıkça sorun çözebilme yeteneğimizin ve bu anlamdaki bilimsel ve felsefi ufkumuzun da genişleyeceğini düşünüyorum.
Science Dergisi’nde yayınlanan makalede, kök hücreler tarafından oluşturulan progenitor (öncül) hücrelerin doku yenilenmesinin (rejenerasyon) nasıl gerçekleştiğini, yaralanma ve doku ya da organ kaybı sonrası kendini bir hafta içinde yenileyebilen, bir yassı solucan türü olan planarya modelinde tanımladılar.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT)’nde doktora araştırmalarını sürdürmekte olan ve bu çalışmayı tasarlayan Türk bilim insanı Kutay Deniz Atabay, “Planarya, bir model organizma olarak rejenerasyon çalışmak için ideal bir konumda. İlginç ve dinamik biyolojileri, sistem düzeyinde farklı yapıların (dokular, organlar) birbirleriyle nasıl entegre olduğunu anlamaya çalışmak için oldukça ideal. Bunun yanında oldukça karikatür-vari bir görünümleri var, mikroskop altında onları incelemek her zaman için ilginç bir deneyim” dedi.
Geleceğin cerrahları sanal ameliyat ile tecrübe kazanıyor
Geleneksel tıbba tüm dünyada ilgi neden artıyor?
Türk bilim insanı Kutay Deniz Atabay, araştırma hakkında sorularımı yanıtladı.
Bu çalışmada tam olarak neler keşfettiniz?
Doku ve organ yenilenmesi (rejenerasyon), son 200 yıldır gizemi bunu başarabilen bazı hayvan türleri üzerinde yapılan araştırmalarla çözülmeye çalışılan bir konu. Kaybedilen ya da hasar gören organların içinde bulundukları sistem tarafından yenilenebilmesi birden fazla karmaşıklık düzeyinin moleküler, hücresel ve organ sistemleri birbirleriyle etkileşmesinin bir sonucu. Bu çalışmada, aslında tam olarak bunu gösteriyoruz. Planarya gibi doku yenilenme kapasitesi çok yüksek organizmalarda, ortaya çıkardığımız basit üç kuralın etkileşimi sistemin kendini yenilemesini olanaklı kılıyor. Buna göre, kendi kendine organizasyon; göç halinde olan kök hücreler için tanımlanmış “hedef bölgeler” ve bu hücrelerin oluşturulduğu anatomik alanları tanımlayan ve dokuların devamlılığını sağlayabilen “hedeflenebilir bölgeler”in sistem içindeki davranışları rejenerasyonu olanaklı kılıyor.
Temel olarak, matematik ve fiziğin üzerinde durduğu kavramlardan biri olan kendi kendine organizasyon (self-organization) düzenli ve karmaşık bir yapının ya da bir fonksiyonun, bu yapıyı oluşturan elemanlar arasındaki yerel ilişkilerin sonucunda ortaya çıkması olarak tanımlanabilir. Biz bu tip ilişkilerin rolünü planaryada gözlerin rejenerasyonu esnasında inceledik ve gözlerin, beynin ve başka bazı organların da bu alanda tanımlanmış ilkelere göre rejenere olduğunu gösterdik.
Bir planaryanın kafası kesildiğinde hem kafa parçası hem de vücut parçası kendini yenileyerek iki planarya oluşturuyor. Hem kafa hem de vücut parçalarında açık olan ve bir gen ekspresyon programı ile belirlenen koordinat haritaları, birkaç gün içerisinde yeni koordinatları daha küçük boyutlarda tekrar oluşturabiliyor. Tam bu sırada, yani var olan anatomi henüz değişikliğe uğramamış durumdayken, yeni koordinat haritası ile var olan anatomi arasında geçici bir uyumsuzluk olduğunu fark ettik. Fakat buna rağmen sistem fonksiyonlarını koruyarak ve hata yapmadan rejenere olmayı başarabiliyor. Bunun sebebinin, var olan belirli organların birer “çeker” (attractor) gibi davranması olduğunu gösterdik.
Bir metafor kullanırsak, bu durumda gözler tıpkı bir karadeliğin olay ufkuna giren ışığı içine çekmesi gibi kendine yönelmiş kök hücreleri içine çekiyor diyebiliriz. Bunu gösterebilmek için, basit bir cerrahi operasyonla gözlere doğru sürekli göç halinde olan kök hücrelerin göç yollarını değiştirmeyi başardık. Bunun sonucunda, var olan gözlerin “çekim etkisinden” kurtulabilen kök hücreler yeni koordinatlarına ulaşabilmeyi başarıp yeni bir göz oluşturdular ve 3 gözlü planaryalar elde ettik. Aynı yaklaşımla, 5 gözlü planaryalar da oluşturmayı başardık.
Oluşan yeni gözlerin hepsinin ışığa tepki verdiğini, fonksiyonel olduğunu gösterdik. Bu hayvanları uzun süre takip ettiğimizde ise bütün gözlerin bazıları yanlış koordinatlarda olsa bile tekrar tahmin ettiğimiz gibi korunduğunu gördük. Beynin de aynı ilkelere göre davrandığını gösteren bir dizi deney yaptıktan sonra, başarılı rejenerasyonu mümkün kılan ve sistemin davranışlarını önceden tahmin etmemizi sağlayacak bir model oluşturduk.
Neden planaryalar üzerinde çalıştınız?
Planaryalar doku ve organ yenilenmesi konusunda bildiğimiz en başarılı hayvan modeli. Yetişkin bireylerde vücuttaki bütün hücre tiplerini oluşturabilen ve kendini sürekli yenileyebilen “neoblast” adını verdiğimiz kök hücreler bulunuyor. Bu tip kök hücreler genellikle karşımıza başka türlerde embriyonik dönemin ilk aşamalarında çıkıyor. Planaryalar henüz nedenini bilmediğimiz bir şekilde bu kök hücreleri yaşamları boyunca korumayı başarabiliyor. Bu da onları besin bulabildikleri sürece ölümsüz yapıyor. Neoblastlar, bütün dokuları sürekli üretme ve değiştirme halindeler.
Başka bir metafor kullanırsak, bu sistem, tıpkı Japonya’daki Şinto Tapınakları ya da Yunan Mitolojisi’ndeki Theseus Gemisi gibi şeklini koruyarak sürekli kendini yeniliyor. Bir planarya yaralandığında ya da parçalara ayrıldığında neoblastların sayısında bu yaralanmaya bağlı bir artış gözlemliyoruz ve yeni dokular ve organlar buna bağlı olarak tekrar hızla oluşturulabiliyor. Bu organizmanın bu kadar dinamik bir yapıya sahip olması bu çalışmada sorduğumuz ve benzeri soruları sorabilmemizi olanaklı kılıyor.
Axolotl gibi bazı semender türleri, deniz yıldızları, ahtapotlar ve başka birçok canlı da yüksek rejenerasyon yetenekleri sayesinde aynı araştırma alanına girebilir. Su sıralar oluşturduğumuz modeli ve bu modelin bu çalışmada değinmediğimiz bazı öngörülerini başka organizmalara doğru genişletecek adımları atmaya çalışıyoruz.
İnsanlar üzerinde bu çalışmanın sonuçları nasıl etkili olacak? Omurilik travması, felç, Alzheimer ya da Parkinson hastaları için umut olabilir mi?
İnsanlarda bağırsak, kan ve deri gibi bazı doku ve organ sistemleri yaralanma sonucunda kendini yenileyebilirken sinir sistemi bunu başaramıyor. Travma, felç ve nörodejeneratif hastalıklar sonucunda hasar gören ya da kaybedilen sinir dokusunun kendini onarma kapasitesi oldukça sınırlı. Bu çalışmada ortaya çıkardığımız ilkelerin uzun vadede sinir sisteminin rejenerasyonunu mümkün kılacak farklı tedavi yaklaşımlarına yardımcı olmasını umuyorum.
Örnek olarak omurilik dokusunu ele alabiliriz: Omurilik içerisinde belli hareketlerden sorumlu bölgesel sinir devreleri bulunuyor. Belirli sinir hücre tipleri (nöron tipleri) omurilik içinde keskin bir şekilde bu devreleri oluşturuyor. Bu devreleri oluşturan sinir hücreleri farklı orijinlerden gelip spesifik anatomik noktalara yerleşiyorlar. Bu durum gelişim esnasında açılan bir dizi programın bir sonucu.
Bir travma sonrasında bu sinir devrelerinin tekrar oluşumu benzer gelişimsel faktörlerin ortamdaki varlığını gerektirebilir. Bu çalışmada gelişim esnasında kullanılan bu stratejilerin rejenerasyon yeteneği olan canlılarda nasıl kullanıldığını yakından incelemeye aldık. Aynı zamanda bu hücrelerin oluştuğu alanların boyutları, karakteristik yapıları ve oluşan devrenin yenilenebilmesi gerekli şartların neler olabileceğini sorgulayan ilk adımları atmaya çalıştık.
Aynı ilkeler, uzun vadede, travma, felç ve nörodejeneratif hastalıklarda kaybedilen sinir dokusu ya da hücre tiplerinin de hangi ilkelere göre, hangi anatomik alanlarda dokuyu yenileyebileceğini öngörebilmek için kullanılabilir ve kök hücre tabanlı tedavi yaklaşımlarını şekillendirebilir diye umuyorum. Bugün bu tip durumların kesin bir tedavisinin bulunmaması temel anlamda bu sistemlerin nasıl çalıştığını tam olarak bilmememizden kaynaklanıyor, bu da temel bilimlerin önemini artıran bir durum. Temel bilimlere ve araştırmaya verilen önem ve destek arttıkça sorun çözebilme yeteneğimizin ve bu anlamdaki bilimsel ve felsefi ufkumuzun da genişleyeceğini düşünüyorum.
SON DAKİKA
