Gelecekteki ilaçlarınız bir 3D yazıcıda sizin için kişiselleştirilebilir. için yorumlar kapalıBİLİM
İlaç almaktan nefret eden çocuklar için çikolata aromalı İlaçlarını almayı hatırlamakta güçlük çeken yaşlılar için birkaç ilaç günlük bir hapta birleştirildi. Yerel eczanenizde sağlık ihtiyaçlarınıza en uygun kişiselleştirilmiş dozlarda basılan ilaçlar. Bunlar, eczanelerde, sağlık tesislerinde ve diğer uzak yerlerde yerinde ilaç ve tedavi üretimi için yeni bir sistem olan 3D ilaç baskısının potansiyel avantajlarından sadece birkaçıdır. 2015 yılında, Gıda ve İlaç İdaresi, epilepsi için ilk 3D baskılı ilaç olan Spritam’ı (levetirasetam) onayladı. Diğer bazı üreticiler ve ilaç şirketleri kendi üreticilerini geliştiriyor.
Ancak 3D ilaç baskısının yaygın olarak benimsenmesi, insanların doğru ilacı ve dozu almalarını sağlamak için sıkı kalite kontrol önlemleri gerektirecektir. Baskı işlemi sırasında bir ilacın bileşeninin küçük bir yanlış ölçümü bile hastanın sağlığını tehlikeye atabilir.
Yeni bir araştırma makalesinde NIST araştırma bilimcisi Thomas P. Forbes, 3D ilaç yazıcılarının tasarlandığı gibi çalışmasını sağlamak için çeşitli yaklaşımları değerlendiriyor. Dergi makalesi, 3D yazıcıların ilaçları doğru dozajlarda ve doğru kimyasal karışımıyla üretmesini sağlamak için en iyi prosedürleri ve protokolleri değerlendirmek için bir “tasarım yoluyla kalite” analizi uygular.
İlaçları uzaktan basmak için çeşitli yöntemler mevcut olsa da, Forbes en yaygın olanlardan birine odaklandı: mürekkep püskürtmeli yazıcılar ve talep üzerine kişiselleştirilmiş ilaçlar basabilen benzer sistemler.
Evlerdeki mürekkep püskürtmeli yazıcılar gibi, daha büyük olsa da, yazıcının ilacın sıvılaştırılmış malzemelerini veya mürekkeplerini bir tepsideki küçük kuyucuklara veya doğrudan kapsüllere bırakan nozulları vardır. Dondurarak kurutma ve diğer işlemlerle sıvı, bir kapsül içine dökülen bir tablet veya toz haline getirilebilir. Ayrıca ağızda çözünen ince bir film üzerine buharlaştırılabilir.
Forbes’un makalesi herhangi bir tavsiyede bulunmuyor. Bunun yerine, araştırması, 3D ilaç baskısında kalite kontrolünü sürdürmek için çeşitli olası yöntem ve teknikleri tanımlar ve test eder.
Taking Measure blogu, Forbes ile araştırması hakkında konuştu.
Finger Wrap, Parmaklarınızın Ucunda Sağlık İzleme Sağlamak İçin Ter Kullanır. için yorumlar kapalıBİLİM
erle çalışan bir giyilebilir cihaz, sürekli, kişiselleştirilmiş sağlık izlemeyi yara bandı takmak kadar zahmetsiz hale getirme potansiyeline sahiptir. California San Diego Üniversitesi’ndeki mühendisler, enerjisini elde ettiği aynı parmak ucu terinde bulunan glikoz, vitaminler ve hatta ilaçlar gibi hayati kimyasal seviyeleri izleyen elektronik bir parmak sargısı geliştirdiler.
İlerleme, UC San Diego’daki Aiiso Yufeng Li Ailesi Kimya ve Nano Mühendislik Bölümü’nde profesör olan Joseph Wang’ın araştırma grubu tarafından 3 Eylül’de Nature Electronics’te yayınlandı.
Parmağın etrafına sıkıca sarılan cihaz, gücü beklenmedik bir kaynaktan, parmak ucunun terinden alıyor. Parmak uçları, küçük boyutlarına rağmen, her biri binden fazla ter bezi ile dolu olan vücudun en üretken ter üreticileri arasındadır. Bu bezler, dinlenme sırasında bile vücudun diğer bölgelerinden 100 ila 1000 kat daha fazla ter üretebilir. Herhangi bir uyaran veya fiziksel aktivite olmaksızın bu sürekli doğal terleme damlası, hareketsizlik veya uyku dönemlerinde bile cihazı besleyen güvenilir bir enerji kaynağı sunar.
Cihaz, ince, esnek ve gerilebilir bir polimer malzeme üzerine basılmış çeşitli elektronik bileşenlerden yapılmıştır. Tasarımı, tekrarlanan bükülme, gerilme ve harekete dayanacak kadar dayanıklı olurken parmağa uymasını sağlar. Wang, “Enerji toplama ve depolama bileşenlerinin, akışkan bir mikro kanalda birden fazla biyosensör ve ilgili elektronik kontrolör ile birlikte, hepsi parmaklarınızın ucunda dikkate değer bir entegrasyonuna dayanıyor” dedi.
Çalışmasının merkezinde, cihazın parmak ucuyla temas ettiği yere yerleştirilmiş biyoyakıt hücreleri bulunur. Bu hücreler, terdeki kimyasalları verimli bir şekilde toplamak ve elektriğe dönüştürmek için özel olarak tasarlanmıştır. Bu elektrik, her biri belirli bir biyobelirteç izlemekle görevli bir dizi sensöre (toplamda dört tane) güç sağlayan bir çift gerilebilir, gümüş klorür-çinko pilde depolanır: glikoz, C vitamini, laktat ve Parkinson hastalığını tedavi etmek için kullanılan bir ilaç olan levodopa. Ter, küçük kağıt mikroakışkan kanallardan bu sensörlere emilirken, cihaz biyobelirteç seviyelerini analiz ederken, örneklediği terden ihtiyaç duyduğu enerjiyi çeker. Küçük bir çip, sensörlerden gelen sinyalleri işler ve verileri Bluetooth düşük enerji aracılığıyla özel olarak tasarlanmış bir akıllı telefon veya dizüstü bilgisayar uygulamasına kablosuz olarak iletir.
Wang’ın UC San Diego Jacobs Mühendislik Okulu’ndaki araştırma grubunda doktora sonrası araştırmacı olan ilk yazar Shichao Ding, “Bu, parmaklarınızın ucunda otomatik sağlık izlemedir” dedi. “Kullanıcı dinleniyor veya uyuyor olabilir ve cihaz hala enerji toplayabilir ve biyobelirteç seviyelerini takip edebilir.”
Testlerde, bir denek, yemek sırasında glikoz seviyelerini, hem masa başı çalışması hem de egzersiz sırasında laktat seviyelerini, portakal suyu içerken C vitamini seviyelerini ve doğal bir bakla yedikten sonra levodopa seviyelerini izlemek için cihazı gün boyunca taktı.
Ding ve ortak yazar Tamoghna Saha, cihazın farklı biyobelirteç setlerini tespit ederek bireysel sağlık ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde özelleştirilebileceğini söylüyor. Araştırmacılar, yalnızca biyobelirteçleri izlemekle kalmayıp aynı zamanda toplanan verilere dayalı tedavileri de uygulayan kapalı döngü bir sistem geliştirmek için çalışıyorlar. Örneğin, diyabet durumunda, böyle bir cihaz sürekli olarak glikoz seviyelerini izleyebilir ve gerektiğinde otomatik olarak insülin verebilir, daha sonra biyobelirteç seviyelerini daha fazla izleyerek tedavinin etkinliğini değerlendirebilir.
Ding, “Otonom güç, algılama ve tedavi hepsi tek bir cihazda – nihai hedef bu” dedi.
Kaynak ve devamını incelemek için Buraya tıklayabilirsin.
Sentetik Biyoloji: Yeni Yaşam Formları Yaratmanın Geleceği için yorumlar kapalıBİLİM, GENETİK, sağlık
Sentetik biyoloji, yaşamı anlama ve onunla etkileşim kurma biçimimizde dönüşüm yaratma potansiyeline sahip son teknoloji bir alan olarak ortaya çıkmıştır. Canlı sistemlerin yapısını ve işlevini anlamak, tasarlamak, yeniden yapılandırmak amacıyla mühendislik ilkelerini kullanır.Sentetik olarak yeni biyolojik bileşenlerin, devrelerin ve sistemlerin oluşturulduğu bir alandır.
Bu yazımızda, sentetik biyolojiyi çevreleyen heyecan verici olasılıkları ve etik hususları keşfedeceğiz.
Yaşamın yapı taşları: DNA sentezi ve genetik mühendisliği
Sentetik biyolojinin kalbinde DNA sentezi ve genetik mühendisliği yatar. Araştırmacılar, DNA dizilerini manipüle ederek yeni genetik kodlar tasarlayabilir ve oluşturabilirler. Bu sayede tamamen yeni organizmaların ortaya çıkmasına veya mevcut organizmaların geliştirilmesine olanak sağlanabilir. Bu süreç sayesinde bilim insanları, hastalığa karşı artan direnç veya gelişmiş üretkenlik gibi istenen özellikleri organizmalarda tanıtabilirler. Böylece, tıp ve tarımdan enerji ve çevre korumaya kadar uzanan alanlarda fırsatlar dünyasının kapısı aralanmış olur.
Mikroplardan mega yapılara: Sentetik biyolojinin uygulamaları
Sentetik biyoloji, birçok alanda ciddi bir potansiyele sahiptir. Tıpta, ilaç üretebilen veya belirli hastalıkları hedef alabilen genetiği değiştirilmiş mikroorganizmaların gelişmesine yol açabilir. Tarımda, sentetik biyoloji mahsul verimini optimize edebilir, besin içeriğini geliştirebilir ve sürdürülebilir tarım uygulamaları yaratabilir. Ayrıca sentetik biyoloji alanında, bilim insanlarının atıkları verimli bir şekilde biyoyakıtlara dönüştürebilen mikroorganizmalar tasarladıkları biyoenerji uygulamaları da vardır. Tüm bunlara ek olarak, sentetik biyoloji zararlı kimyasallara ve malzemelere biyo-temelli alternatifler yaratarak çevrenin korunmasında çok önemli bir rol oynayabilir.
Yaşam formları tasarlamak: Biyoinformatik ve bilgisayar modellemesi
Biyoinformatik ve bilgisayar modelleme, sentetik biyoloji alanının ayrılmaz bir parçasıdır. Bilim insanları, hesaplama araçlarının gücünden yararlanarak karmaşık biyolojik sistemleri simüle ve analiz ederler. Böylece, yeni yaşam formlarının fiziksel olarak yaratılmadan önce davranışları tahmin edilir. Sonuç olarak; tüm bu analizler, genetik tasarımların optimizasyonuna izin verir, deneme yanılma deneylerinde zaman ve maliyeti azaltır. Bilgisayar biliminin sentetik biyoloji ile entegrasyonu, canlı organizmalar üzerinde daha verimli ve hassas mühendisliğin yolunu açar.
Etik hususlar ve önümüzdeki zorluklar
Sentetik biyolojinin potansiyeli yüksek olsa da önemli etik kaygıları da beraberinde getirir. Bilim insanları yeni yaşam formları yaratma becerisi kazandıkça güvenlik, ekolojik etki ve teknolojinin sorumlu kullanımı ile ilgili sorular ön plana çıkar. Yenilik ve tedbir arasında bir denge kurmak çok önemlidir. Sentetik biyolojinin etik ve sorumlu bir şekilde geliştirilmesini sağlamak için; bilim insanları, politika yapıcılar ve halk arasında sağlam düzenlemeler, risk değerlendirmeleri ve açık diyalog gereklidir.
Sentetik biyoloji, yaşamı tasarlama yeteneğimizde ileriye doğru dönüştürücü bir sıçramayı temsil eder. Araştırmacılar, farklı disiplinlerden ilkeleri birleştirerek arzu edilen özelliklere sahip yeni organizmalar yaratmanın mümkün olan sınırlarını zorlarlar. Ancak, gelişmekte olan bu alanda yol alırken, içerik oluşturucu rolünü oynamanın getirdiği etik kaygıları ve zorlukları ele almak çok önemlidir. Sorumlu düzenleme ve açık diyalog yoluyla, insanlık ve gezegen için daha iyi bir geleceği şekillendirirken, sentetik biyolojinin gücünden yararlanabiliriz.
TIP ALANINDAKİ ÖNEMLİ 10 BİYOTEKNOLOJİ GELİŞMESİ için yorumlar kapalıBİLİM, sağlık, teknoloji
Artık ameliyathanelerde doktorlar robotik kodları birkaç nanometre hassasiyetle yönlendirebiliyorlar ve hastaları bilgisayar ekranlarından uzaktan ameliyat edebiliyorlar.
Sadece bir polipeptit zincir dizisi olan DNA ekleme enzimleriyle donatılmış genetik laboratuvarları harikalar yaratabilir. İnsanların tüm genetik yapısı, anlaşılabilir genetik kodlara dönüştürülebilir.
Tıbbi Biyoteknoloji, son birkaç yılda büyük sıçramalarla ilerlemiştir. Bu yazıda, tıpta biyoteknolojinin bazı atılımlarını listelemek için yola çıktık.
Kök Hücre Araştırmaları
Kök hücreler, bir organizmanın erken gelişimi sırasında sonsuza kadar bölünmeye devam edebilir ve vücut hücrelerine farklılaşma kapasitesine sahiptir. Bir laboratuvarda, araştırmacılar bu kök hücreleri belirli hücre türlerine farklılaşmak üzere programlayabilirler. Biyoteknoloji inovasyonunun devreye girdiği yer burasıdır. Yaşam kalitelerini ciddi şekilde etkileyen dejeneratif disk bozukluğu olan bir birey hayal edin. Kök hücre araştırmalarının yardımıyla, bu kök hücreleri laboratuvar ortamında in vitro büyütmek ve daha sonra etkilenen kişinin vücuduna geri yerleştirmek mümkün olabilir. Bu onların bilişsel keskinliklerini, görmelerini, duymalarını ve diğer fiziksel özelliklerini geri kazanmalarına yardımcı olacaktır. Bu kulağa biraz bilim kurgu filmi gibi gelse de umut vericidir.
2. İnsan Genom Projesi
Genellikle insanlık tarihinin en büyük keşiflerinden biri olarak övülen İnsan Genom Projesi (HGP), Ulusal Sağlık Enstitüleri ve ABD Enerji Bakanlığı tarafından koordine edilen uluslararası bir bilimsel araştırma projesiydi. İnsan DNA’sını oluşturan nükleotid baz çiftlerinin sırasını belirlemek amacıyla 1990 yılında başlatıldı. Nisan 2003’te araştırmacılar, tüm insan genomunun ön dizilimini tamamladıklarını açıkladılar. Araştırmacılar genlerin ve proteinlerin işlevleri hakkında daha fazla şey öğrendikçe, hastalıklara neden olan genleri tanımlamalarına yardımcı oldu.
3. Hedefe Yönelik Kanser Tedavileri
Standart kemoterapiler sağlıklı hücreler için toksiktir. Hedefe yönelik kanser tedavileri, sağlıklı hücrelere verilen zararı en aza indirmek için ya belirli moleküllerin işlevine müdahale ederek ya da yalnızca bilinen kanserli hücreleri hedefleyerek çalışan ilaçlardır. Ulusal Kanser Enstitüsüne göre, “Sonunda, tedaviler hastanın tümörü tarafından üretilen benzersiz moleküler hedeflere dayalı olarak kişiselleştirilebilir.”
4. Ameliyat için 3D Görselleştirme
Cerrahi, insan vücudu için acımasızdır ve iyileşme sürecini daha verimli hale getiren tıbbi atılımlar her zaman memnuniyetle karşılanır. Biyoteknoloji artık doktorların MRI ve CT taramaları kullanarak bir hastanın vücudunun içinin tüm 3D görüntüsünü görüntülemesini mümkün kıldı. Ayrıca, artırılmış gerçeklik, ilgili bilgilerin ilgili vücut bölümleri üzerinde doğrudan üst üste bindirilerek görüntülenmesine izin verecektir.
5. HPV aşısı
İnsan Papilloma Virüsü (HPV), rahim ağzı kanserine neden olan etkenlerden biridir. Kadınlarda en ölümcül ikinci kanserdir. Bu nedenle, başarılı bir HPV aşısı büyük bir tıbbi başarı olarak kabul edilir. ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), bazı PV aşılarının 9 – 26 yaş arasındaki kadınlarda kullanılmasını onaylamıştır.
6. Yüz Nakli
Yüz nakli, hastanın yüzünün tamamını veya bir kısmını bir donörün yüzüyle değiştirmek için deri greftleri kullanma işlemidir. İlk kısmi yüz nakli 2005 yılında Fransa’nın Amiens kentinde yapıldı. Bir sonraki başarılı yüz nakli ise beş yıl sonra İspanya’da yapıldı; bu aynı zamanda ilk tam yüz nakliydi. Bir kaza sonucu yüzü ağır hasar gören nakil hastası, 24 saat süren ameliyatta yeni bir burun, dudak, diş ve elmacık kemiklerine kavuştu.
7. CRISPR
Daha önceki bültenlerimizde daha detaylı yer verdiğimiz, Kümelenmiş Düzenli Olarak Serpiştirilmiş Kısa Palindromik Tekrarlar (CRISPR), tıbbi araştırmalarda çığır açan bir araç olarak selamlanan nispeten yeni bir gen düzenleme sistemidir. Araştırmacılar, yeni bulunan mutasyonları aktif olarak test ederek ve hedeflenen tedavileri düzeltmek için sürekli olarak genetik mutasyonlara ayak uydurabilirler
8. 3D Baskılı Organlar
Yapay uzuvlar yüzyıllardır kullanılmaktadır ve biyonik uzuvların hareketliliği ve çok yönlülüğünde sürekli bir gelişme olmuştur. Şimdi biyonik teknolojideki ve 3D baskıdaki yeni gelişmeler onu daha da ileri götürdü. Kalp, böbrek ve karaciğer gibi iç organların yapay olarak inşa edilmesini mümkün kılmıştır. Doktorlar bunları başarılı bir şekilde ihtiyaç duyan bireylere yerleştirmeyi başardılar.
9. Sinir Rejenerasyonu
Nörodejeneratif hastalık ve omurilik yaralanmasından kaynaklanan sinir hasarı, büyük ölçüde geri döndürülemez olarak bilinir. Bununla birlikte, araştırmacılar, yaralı sinir hücrelerinin yenilenmesini ve büyümesini destekleyen nadir enzimlerin sentezlenmesinde önemli ilerleme kaydetmiştir. Nörotrofinler, nöronların gelişimini destekleyen proteinlerdir. Güçlü nörotrofik özelliklere sahip küçük moleküler zincirlerin bir dizisidir. Bu nörotrofinler, protein bazlı ajanların bazı eksikliklerine sahip olsa da, araştırmacılar bunu sinir rejenerasyonu için olası bir yol olarak takip ediyor.
10. Beyin Sinyallerini Konuşmaya Çeviren Teknoloji
Bilim insanları, bir ses sentezleyici kullanarak beyin sinyallerini sesli konuşmaya çevirebilen bir cihaz geliştirmeye çalışıyorlar. Bu, hastalık veya travmatik yaralanmalarla felç olmuş bireylerle iletişim kurmada inanılmaz bir araç olarak hizmet edecektir. Ayrıca bilim insanları, bu cihazları epileptik hastalarda nöbetlerinin kaynağını izole etmek için kullanabileceklerini bulmuşlardır.
Yazdırılabilir molekül seçici nanopartiküller, giyilebilir biyosensörlerin seri üretimini mümkün kılıyor. için yorumlar kapalıBİLİM
Tıbbın geleceği, sağlık hizmetlerinin kişiselleştirilmesinde yatıyor olabilir – bir bireyin tam olarak neye ihtiyacı olduğunu bilmek ve daha sonra durumlarını stabilize etmek ve iyileştirmek için gerekirse doğru besin, metabolit ve ilaç karışımını sunmak. Bunu mümkün kılmak için, doktorların öncelikle sağlığın belirli biyobelirteçlerini sürekli olarak ölçmek ve izlemek için bir yola ihtiyaçları vardır.
Bu amaçla, Caltech mühendislerinden oluşan bir ekip, uzun ömürlü giyilebilir ter sensörlerinin seri üretimini sağlayan özel nanopartiküllerin mürekkep püskürtmeli baskı dizileri için bir teknik geliştirdi. Bu sensörler, vitaminler, hormonlar, metabolitler ve ilaçlar gibi çeşitli biyobelirteçleri gerçek zamanlı olarak izlemek için kullanılabilir ve hastalara ve doktorlarına bu moleküllerin seviyelerindeki değişiklikleri sürekli olarak takip etme yeteneği sağlar.
Yeni nanopartikülleri içeren giyilebilir biyosensörler, uzun süreli COVID’den muzdarip hastalarda metabolitleri ve Duarte, California’daki City of Hope’daki kanser hastalarında kemoterapi ilaçlarının seviyelerini izlemek için başarıyla kullanıldı.
Caltech’teki Andrew ve Peggy Cherng Tıp Mühendisliği Bölümü’nde tıp mühendisliği profesörü olan Wei Gao, “Bunlar neyin mümkün olduğuna dair sadece iki örnek” diyor. “Bu sensörlerin artık bize sürekli ve noninvaziv bir şekilde izleme imkanı verdiği birçok kronik durum ve bunların biyobelirteçleri var” diyor Nature Materials dergisinde yeni tekniği açıklayan bir makalenin ilgili yazarı olan Gao.
Gao ve ekibi, nanoparçacıkları çekirdek kabuklu kübik nanoparçacıklar olarak tanımlıyor. Küpler, araştırmacıların izlemek istediği molekülü (örneğin, C vitamini) içeren bir çözelti içinde oluşturulmuştur. Monomerler kendiliğinden bir polimer oluşturmak için bir araya geldikçe, hedef molekül – C vitamini – kübik nanopartiküllerin içinde sıkışıp kalır. Daha sonra, C vitamini moleküllerini spesifik olarak çıkarmak için bir çözücü kullanılır ve arkasında, C vitamini moleküllerininkiyle tam olarak eşleşen şekillere sahip deliklerle noktalı moleküler olarak basılmış bir polimer kabuk bırakılır – sadece belirli moleküllerin şekillerini seçici olarak tanıyan yapay antikorlara benzer.
Daha da önemlisi, yeni çalışmada, araştırmacılar bu özel olarak oluşturulmuş polimerleri nikel hekzasiyanoferrattan (NiHCF) yapılmış bir nanopartikül çekirdek ile birleştiriyorlar. Bu malzeme, insan teri veya diğer vücut sıvıları ile temas ettiğinde uygulanan bir elektrik voltajı altında oksitlenebilir veya indirgenebilir. C vitamini örneğine dönersek, C vitamini şeklindeki delikler boş olduğu sürece sıvı NiHCF çekirdeği ile temas edecek ve bu bir elektrik sinyali üretecektir.
Bununla birlikte, C vitamini molekülleri polimer ile temas ettiğinde, bu deliklere kayarlar, böylece ter veya diğer vücut sıvılarının çekirdekle temas etmesini önlerler. Bu, elektrik sinyalini zayıflatır. Elektrik sinyalinin gücü, o zaman, ne kadar C vitamini bulunduğunu ortaya çıkarır.
“Bu çekirdek kritiktir. Nikel hekzasiyanoferrat çekirdeği, biyolojik sıvılarda bile oldukça kararlıdır ve bu sensörleri uzun süreli ölçüm için ideal hale getirir “diyor aynı zamanda Heritage Medical Research Institute Araştırmacısı ve Ronald ve JoAnne Willens Scholar olan Gao.
Yeni çekirdek-kabuk nanopartikülleri çok yönlüdür ve tek bir dizide birden fazla nanopartikül “mürekkep” kullanarak ter veya vücut sıvılarındaki çoklu amino asitlerin, metabolitlerin, hormonların veya ilaçların seviyelerini ölçen sensör dizilerinin yazdırılmasında kullanılır. Örneğin, makalede açıklanan çalışmada, araştırmacılar, böbreklerin ne kadar iyi çalıştığını görmek için yaygın olarak ölçülen bir biyobelirteç olan amino asit triptofan ve kreatinin’e bağlanan diğer nanopartiküllerle birlikte C vitaminine bağlanan nanopartikülleri bastılar. Tüm nanopartiküller, daha sonra seri üretilen tek bir sensörde birleştirildi. Bu üç molekül, uzun süreli COVID’li hastaların çalışmalarında ilgi çekicidir.
Benzer şekilde, araştırmacılar, daha sonra City of Hope’daki kanser hastaları üzerinde test edilen bireysel sensörler üzerinde üç farklı antitümör ilaca özgü nanopartikül bazlı giyilebilir sensörler bastılar.
Gao, “Bu teknolojinin potansiyelini göstererek, herhangi bir zamanda vücuttaki kanser ilaçlarının miktarını uzaktan izleyebildik” diyor. “Bu, sadece kanser için değil, diğer birçok koşul için de doz kişiselleştirme hedefine giden yolu işaret ediyor.”
Makalede, ekip ayrıca nanopartiküllerin, vücuttaki ilaç seviyelerini hassas bir şekilde izlemek için cildin hemen altına implante edilebilecek sensörleri basmak için kullanılabileceğini gösterdi.
İnsanlar orta yaş itibarıyla tamamen değil ama çoğunlukla tümüyle birbirinin aynı olmayan karmaşık birer hücre mozaiğidir. Görsel: Knowable Magazine
Vücudunuzu gözünüzün önüne getirin: Vücudunuz ömür boyunca biriken binlerce genetik hata taşıyan bir hücre koleksiyonudur. Bu hataların pek çoğu zararsız, bazıları zararlıdır ve en az birkaçı da sizin için iyi olabilir.
Yumurta ve sperm birbiriyle buluştuğunda ve biyolojik ebeveynlerinizin DNA’sı beraber bir takım oluşturduğunda başladınız. İlk hücreniz yeni harmanlanmış genomunu kopyalamaya ve bölünerek bir vücut inşa etmeye başladı.
Ayrıca neredeyse hemen genetik hatalar birikmeye başladı.
İngiltere Hinxton’daki Wellcome Sanger Enstitüsünde kanser biyoloğu olarak çalışan Phil H. Jones, “Bu hataların genomunuzda birikme süreci yaşam boyu devam eder” diyor.
Bilim insanları DNA kopyalama sistemlerinin ara sıra hata yaptığını uzun süredir bilse de (kanserler sık sık böyle başlıyor); teknoloji sadece kısa süre önce her genetik yanlışın sınıflandırılacağı kadar hassas hale geldi. Üstelik hatalarla dolu olduğumuz ortaya çıktı. Her insan, bir hücre veya hücre grubundan diğerine kadar çoğunlukla birbirinin aynısı olup tek tük farklılıklar gösteren devasa bir hücre mozaiği.
Hücresel genomlar bir noktada tek bir genetik harf ile ve başka bir noktada ise kayıp olan daha büyük bir kromozom parçasıyla farklılık gösterebilir. Worcester’daki Massachusetts Chan Tıp Fakültesinde çalışan moleküler biyolog Michael Lodato, orta yaş itibarıyla vücudun her hücresinin muhtemelen bin kadar genetik yazım hatası barındırdığını tahmin ediyor.
Bu mutasyonlar (ister kanda olsun, ister ciltte veya beyinde), hücrenin DNA kopyalama mekanizması olağanüstü derecede isabetli olsa ve hücreler mükemmel onarım mekanizmaları sergilese bile ortaya çıkıyor. Yetiştkin bir vücut, 4 milyonu her saniye bölünen yaklaşık 30 trilyon hücre içerdiğinden, nadir hatalar bile zamanla birikiyor. (Hatalar, yumurta ve spermleri ortaya çıkaran hücrelerde çok daha seyrek; görünüşe göre vücut, mutasyonları üreme dokularından uzak tutmak için daha çok çaba ve enerji harcıyor ki gelecekteki nesillere bozulmamış DNA aktarılsın.)
“Hepimizin bu kadar iyi devam ediyor olması küçük bir mucize” diyor Jones.
Mutasyon barındıran hücrelerin bir dokuyu ele geçirmesi sonucunda hastalık ortaya çıkacak diye bir kural yok. Klonların genişlemesini teşvik eden mutasyonlar, kansere yön veren tehlikeli etmenler olabilir fakat bunlar nötr de olabilir. Hatta bir dokunun bütünlüğünü sürdüren ve kanseri teşvik etmeyen faydalı mutasyonlar bile olabilir. Görüntü: Knowable Magazine
Bilim insanları bu mutasyonların sebep ve sonuçlarını araştırmanın hâlâ erken aşamalarında. ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri, bunların kataloglanması için 140 milyon dolar sermaye ayırmış. ABD Ulusal Zihin Sağlığı Enstitüsü ise beyindeki mutasyonlarınincelenmesine on milyonlarca dolar harcıyor. Pek çok değişim muhtemelen zararsız olsa da bazıları, kanserler ve nörolojik hastalıklar bakımından sonuçlar doğurabilir. Daha temelinde ise bazı araştırmacılar, yaşlanma sürecinin büyük bir kısmının altında ömür boyu gerçekleşen rastgele genomik hataların olabileceğinden şüpheleniyor.
“Bunu bileli on yıl bile olmuyor ve yeni bir kıtanın keşfedilmesine benziyor” diyor Jones. “Bütün bunların ne anlama geldiği konusunda henüz yüzeysel şeyler biliyoruz.”
Baştan şüpheli
Bilim insanları üreme dışı veya somatik dokularda biriken genetik yazım hataları ve diğer mutasyonların, hastalıkları ve yaşlanmayı açıklamaya yardımcı olabileceğinden DNA’nın yapısının keşfedildiği 1950’lerden bu yana şüpheleniyor.
1970’lerde araştırmacılar, hücrelerin bir bölümünde büyümeyi teşvik eden mutasyonların kanserlerin kökeni olduğunu biliyordu.
New York’taki Albert Einstein Tıp Fakültesinde çalışan genetikçi Jan Vijg, “Bu olayın frekansının çok ama çok düşük olduğu varsayılıyordu” diyor.
Fakat bu mutasyonları tespit edip incelemek son derece zordu. Standart DNA dizilemesinde, sadece geniş hücre gruplarından çıkarılan büyük miktarlardaki genetik malzeme analiz edilebiliyor ve sadece en yaygın dizilimler ortaya çıkarılıyordu. Nadir mutasyonlar ise radara girmiyordu. Kaliforniya’daki Stanford Üniversitesinde çalışan kök hücre biyoloğu Siddharta Jaisval, bu durumun 2008 civarında değişmeye başladığını söylüyor. Yeni teknikler o kadar hassas ki, hücrelerin ufak bir kısmında (hatta tek bir hücrede) bulunan mutasyonlar bile ortaya çıkarılabiliyor.
Jaisval 2010’ların başlarında, mutasyonların kan kanserine dönüşmeden önce insanların kan hücrelerinde nasıl birikebildiğiyle ilgileniyormuşb. 17.000’den fazla kişinin kanını inceleyen Jaisval ve meslektaşları, tahmin ettikleri şeyi bulmuş: Kanserle ilişkili mutasyonlar 40 yaşın altındakilerde nadirken, yaş ile beraber daha yüksek miktarlarda görülüyor ve 70’nci yaş gününden sonra kan hücrelerinin yaklaşık yüzde 10’u veya daha fazlasını oluşturuyorlarmış.
Fakat araştırma takımı, genelde mutasyonlu hücrelerin genetik olarak birbirinin aynısı olduğunu da görmüş: Bunlar klonmuş. Jaisval bunun sebebinin, vücudun kan üreten binlerce kök hücresinden birinin, büyüme ve bölünmede kendini biraz daha iyi hale getiren mutasyonları seçmesi olduğunu düşünüyor. Bu hücre normal şekilde büyüyen kök hücrelere onlarca yıl içerisinde galip gelerek, genetik olarak uyumlu büyük bir hücre grubu meydana getiriyor.
Etkili biçimde bölünen bu mutasyonlu kan hücresi klonları, doğal olarak kan kanseri tehlikesiyle ilişkilendirilmiş. Fakat aynı zamanda kalp hastalığı, inme ve herhangi bir sebepli ölümde risk artışıyla da (belki de enflamasyonu teşvik ettikleri için) ilişkilendirilmişler. Ayrıca beklenmedik bir şekilde, Alzheimer demansı riskinin üçte bir kadar azalmasıylailişkilendirilmişler. Kan hücresi klonlarının sağlığa etkileri üzerine 2023 Annual Review of Medicine bülteninde yayımlanan bir makalenin eş yazarlığını yapan Jaisval, bazı klonların beyin dokusunda çoğalma veya toksik proteinleri temizleme konusunda daha iyi olabileceğini düşünüyor.
Jaisval ve meslektaşları 2014 yılında rapor ettikleri bu kan klonlarını takip ederken, Wellcome Sanger Enstitüsünde çalışan araştırmacılar da göz kapağı derisiyle başlayarak diğer dokulardaki vücut mutasyonlarını incelemeye başlamışlar. Bazı insanların göz kapakları yaş ile birlikte sarkıyor ve bu sorunun düzeltilmesi için bir miktar cilt ameliyatla alınıyor. Araştırmacılar dört bireyden bu parçaları alarak, genetik dizileme için 1 ya da 2 milimetrelik daireler kesmiş. Wellcome Sanger’da çalışan genetikçi Inigo Martincorena, “Sürprizlerle doluydu” diyor. Hastalarda cilt kanseri olmasa da ciltleri binlerce klonla doluymuş ve göz kapağı cilt hücrelerinin beşte birinden üçte birine kadarı, kanserle ilişkili mutasyonlar barındırıyormuş.
Cilt kanseri olmayan insanlardaki bu kadar fazla cilt kanserinde mutasyon olduğunu gösteren bulgular büyük ilgi çekmiş. Colorado Üniversitesi Tıp Fakültesinde kanser biyoloğu olarak çalışan ve söz konusu çalışmada yer almayan James DeGregori, “Ağzım acık kalmıştı” diyor.
Wellcome Sanger araştırmacıları ise yemek borusu, mesane ve kalın bağırsağın da içinde bulunduğu diğer çeşitli dokularda birbirinin aynısı olan, mutasyon geçirmiş hücreleri belirlemeye başlamışlardı. Örneğin, bağırsak duvarındaki girintiler olan kolonik girintileri incelemişlerdi. Bunlardan her insanda yaklaşık 10 milyon tane var ve her biri yaklaşık 2.000 hücre barındırıyor. Bu hücrelerin de her biri, o girintide yer alan bir avuç kök hücresinden ortaya çıkıyor. 42 kişide 2.000’den fazla girintinin incelendiği bir çalışmada araştırmacılar, 50’li yaşlarda olan insanların girinti yapılarında yüzlerce genetik varyasyon bulmuş.
Bu yaş grubunda diğer türlü normal olan girintili yapıların yüzde 1 kadarı, kanserle bağlantılı mutasyonlar içeriyormuş. Söz konusu mutasyonların bazıları, civardaki hücrelerin yayılmasını baskılayarak mutant hücrelerin girinti yapısını daha çabuk ele geçirmesineimkan tanıyor. Bu durum tek başına kalın bağırsak kanseri oluşturmak için yeterli olmayabilir ama nadir vakalarda hücreler, kansere sebep olan ek mutasyonlar kazanarak girinti yapısının sınırlarından taşıp kötü huylu tümörlere sebep oluyor.
“İnsanlar bu somatik mutasyonları her yerde aradı ve onları her organda bulduk” diyen Jones, vücudu bir çeşit evrimsel savaş meydanı gibi görüyor. Hücreler mutasyon biriktirdikçe, daha fazla (veya daha seyrek) büyüyüp bölünebiliyorlar. Daha kolay çoğalan bazı hücreler, zamanla diğerlerini geride bırakabiliyor ve geniş klonlar oluşturabiliyor.
“Ayrıca” diye belirtiyor DeGregori, “yumrulu bir şeye dönüşmüyoruz.” Dokularımızın, klonların kansere dönüşmesini engelleyen yöntemleri olması gerektiğini ileri sürüyor. Aslında Jones ve diğer makale yazarının 2023 Annual Review of Cancer Biology bülteninde tarif ettikleri üzere, farelerde fazla büyüyen mutant klonların normal büyümeye geri döndüğü görülmüş.
Jones ve meslektaşları, insanlardaki yemek borusunda bir koruma örneği keşfetmişler. Genelde yemek borusu dokusunun büyük bir kısmını oluşturan pek çok klon, orta yaş itibarıyla NOTCH1 adı verilen bir geni bozan mutasyonlara sahip. Bu durum yemek borusunun yiyecekleri taşıma kabiliyetini etkilemiyor ama kanserlerin büyümek için NOTCH1‘e ihtiyacı olduğu görünüyor. Yemek borusu hücrelerinde kötü mutasyonlar birikebiliyor fakat NOTCH1 olmadığında, tümöre dönüşme ihtimalleri daha düşük gibi duruyor.
Diğer bir ifadeyle bedensel mutasyonların bazıları kötü veya nötr değil, hatta faydalı. Ayrıca neyse ki bu iyi mutasyonlar çoğu zaman galip geliyor.
Beynin içerisine girmek
DNA koplama mekanizmamızın yemek borusu, kalın bağırsak ve kan hücrelerinde hata yapma bakımından pek çok olanağı var çünkü bunlar sürekli bölünüyor. Fakat beynimizdeki nöronlar, doğumdan önce veya kısa süre sonra bölünmeyi bırakıyor. Boston Çocuk Hastanesinde nörogenetikçi olarak çalışan Christopher Walsh, bu yüzden bilim insanlarının esasında bunların genetik açıdan bozulmamış kaldıklarını varsaydıklarını söylüyor.
Fakat yaşam boyunca biriken mutasyonların beyinde problemlere sebep olabileceğini gösteren işaretler var. Araştırmacılar 2004 yılında, sadece bazı beyin hücrelerinde bulunan bir mutasyon sebebiyle Alzheimer hastalığı olan bir hasta rapor etmiş. Bu mutasyon yeniymiş ve her iki ebeveynden de geçmemiş.
Ayrıca 2012 yılında Walsh’ın grubu, beyinde fazla büyüyen ve nöbetlere sebep olan bir yeri düzeltmek için yaptıkları ameliyat sırasında alınan beyin dokusu üzerinde bir analiz yürütmüş. Sekiz numuneden üçünde, beyin boyutunu düzenleyen bir geni etkileyenmutasyonlar varmış ancak bu mutasyonların kanda devamlı bulunmaması, vücudun sadece bir kısmında ortaya çıktıklarını akla getiriyor.
Lodato, beyin hücrelerinin çeşitli şekillerde mutasyon kazanabileceğini söylüyor. Bir mutasyon gelişimin erken aşamasında, beyin tamamlanmadan ve hücreleri bölünmeyi durdurmadan önce ortaya çıkabilir. Ya da erişkin bir beyin hücresinde DNA hasar görebilir ve düzgün onarılmayabilir.
2012 yılında kalıtımla geçmeyen beyin mutasyonlarına olan ilgi artmaya başlamış. O zamanlar ABD Ulusal Zihin Sağlığı Enstitüsü başkanı olan Thomas Insel, pek çok psikiyatrik durumun altında bu tür mutasyonların yatıyor olabileceğini öne sürmüş. Beyindeki bu katılımla alınmamış mutasyonlar, nörolojik hastalıklarda uzun süredir var devam eden bir bilmeceyi açıklığa kavuşturabilir: Mesela neden tek yumurta ikizlerine genelde aynı psikiyatrik teşhisler konmuyor? (örneğin ikizlerden birinde şizofreni gelişirse, diğerinde hastalığın ortaya çıkma ihtimali sadece yüzde 50 kadar).
San Diego’da bulunan ve epilepsinin şiddetli bir türüyle ilgili yapılan araştırmaları ve aileleri destekleyen, kâr amacı gütmeyen Lennox-Gastaut Sendromu Vakfı’nın bilimsel direktörü sinirbilimci Mike McConnell, mozaikliğin “çok ikna edici bir cevap sunduğunu” söylüyor.
McConnell, Walsh, Lodato ve diğerleri, 2010’ların başlarından itibaren hayatını kaybeden insanların beyinlerine serpilmiş büyüklü küçüklü mutasyonları sınıflandırmaya başlamışlar. Genlerin, birden fazla genin veya kromozomların tamamının delesyon ve kopyalarının tek tek çetelesini tutmuş; genomda yeni noktalara giden kromozom bölümlerini bütünüyle belirlemişler. Walsh, Lodato ve meslektaşları nihayetinde, 50’li yaşlardaki kişilerin her bir sinir hücresinin genetik kodunda bin veya daha fazla tek harifli mutasyon olduğunu keşfetmiş. O son bulgunun “Tamamen imkansız göründüğünü” anımsıyor Walsh. “Kendimizden şüphe duymuştuk.”
Böylesine çarpıcı sonuçların karşısında bilim insanları daha da fazlasını araştırmış. Yaşları dört aylık ile 82 arasında değişen ve vefat etmiş 15 kişiden alınan 159 nörona bakmışlar. Araştırmacılar mutasyon sayılarının yaşla beraber arttığını ve bu durumun da hataların, vücudun diğer kısımlarında olduğu gibi zamanla arttığını gösterdiğini bildiriyor. “Beyin, büyük ve derin biçimde bir mozaik” diyor Lodato.
ABD Ulusal Zihin Sağlığı Enstitüsü, bu mozaikliği daha da fazla araştırmak için 2015’ten 2019’a kadar yürütülen bir dizi projeye fon sağlamış. Bu projelerde, genellikle ölümden sonra toplanan ve doku bankalarına yatırılan, nörotipik veya Tourette sendromu ve otizm tayf bozukluğu gibi durumlara sahip 1.000’i aşkın kişiye ait numunelerde beyin dokusunun mozaikliği araştırılmış.
Projenin eş öncülüğünü yürüten McConnell, tek harfli mutasyonların en yaygın olduğunu söylüyor. Araştırmacılar 400 terabaytı aşkın DNA dizilim verisi ve başka veriler toplayıpanalitik araçlar geliştirerek, beyin mozaikliği çalışmalarında bir sonraki turun inşa edileceği güçlü bir platform oluşturmuş. Bilim insanları bu ve diğer çalışmalardan, beyin mozaikliği ile otizm, epilepsi ve şizofreni gibi nörolojik hastalıkları ilişkilendirmiş.
Lodato’nun laboratuvarında çalışan yüksek lisans öğrencileri Cesar Bautista Sotelo ve Sushmita Nayak, biriken mutasyonların felç edici bir durum olan amiyotrofik lateral skleroza nasıl sebep olabileceğini araştırıyor. Genetikçiler, kalıtımsal olmayan vakaların sadece yüzde 10 kadarında bilinen bir mutasyon belirleyebiliyor. Fakat mozaikliğe yönelik yeni veriler, daha pek çok insanın beyinleri veya omuriliklerindeki ALS genlerinde mutasyonlar olabileceğini akla getiriyor; bunlar vücutlarının geri kalanında olmasa bile.
Bu önemli çünkü bilim insanları, mutasyon geçirdikleri zaman ALS’ye sebep olan 40’ı aşkın genin bazılarının hedef alındığı terapiler üzerinde çalışıyor. Gıda ve İlaç Dairesi, mutasyon geçiren yaygın bir ALS genini kapatan böyle bir tedaviyi 2023 yılında ilk defa onaylamıştı. Hastaların bu gibi terapilere hak kazanması için mutasyonlarını bilmeleri gerekecek.
Bu yüzden, diyor Nayak, “ALS teşhisindeki mevcut uygulamanın değiştirilmesini güçlü biçimde savunuyoruz.” Sadece bir kan numunesindeki DNA’ya bakmak yerine, kanı değil de vücuttaki dokuları meydana getiren hücrelerin gelişimi esnasında bir ALS mutasyonu ortaya çıkarsa diye tükürük, saç veya cilt gibi diğer dokular da incelenebilir.
Nasıl yaşlandığımıza dair ipuçları
Şimdilik, vücudumuzdaki mozaikliğin sağlık açısından doğurduğu sonuçlar çoğunlukla eylem gerektirecek kadar net değil; özellikle de sunulacak alakalı bir tedavinin olmadığı kan klonları gibi durumlarda. “İnsanların bu konuda endişelenmesi gerektiğini savunmuyoruz aslında” diyor Jaiswal. “Zamanın bu noktasında, sağlıklı olan insanları test etmenin bir mantığı yok.”
Martincorena ve meslektaşları, 2022 tarihli bir çalışmada bu kuramın öğelerinden birini test etmiş. Eğer mutasyon birikimi yaşlanmaya katkıda bulunuyorsa, o halde fare gibi kısa ömürlü mutasyonlar hızlı birikirken insanlar gibi daha uzun ömürlü türlerde, belki de onarım mekanizmalarının daha iyi olması sebebiyle mutasyonların daha yavaş biriktiğini öne sürmüşler.
Araştırmacılar bu fikri araştırmak üzere, sekiz insan ve ayrıca bir canlı koleksiyonundan alınan kalın bağırsak girinti numunelerini inceledikleri beş yıllık bir yolculuğa çıkmışlar. Söz konusu canlılar arasında 19 laboratuvar faresi ve sıçan; kediler, köpekler, inekler ve tavşanlar gibi 15 evcil hayvan; kaplanlar, lemurlar, bir liman yunusu ve 30 yıldan fazla yaşamasıyla bilinen tüysüz köstebek farelerinin yer aldığı 14 egzotik hayvan daha var. Tahmin edildiği gibi tür ne kadar uzun yaşıyorsa, mutasyonların birikimi de o kadar yavaşoluyor.
Araştırmacılar birkaç türe ait kalın bağırsak girintisini analiz ederek, daha uzun yaşayan türlerde mutasyonların daha yavaş biriktiğini belirlemiş. Bu durum, yaşlanmayla ilişkilendirilen vücut hücresi mutasyonlarına dair uzun süredir var olan bir kuram ile tutarlılık gösteriyor.
“Bu durum somatik mutasyonların yaşlanmaya sebep olduğunu göstermiyor fakat en azından bir miktar rol oynadıkları ihtimaliyle tutarlılık sergiliyor” diyor Martincorena. Bu noktada iş başında olan iki unsur var: Mutasyonların birikmesi ömrün daha kısa olmasına katkıda bulunuyor fakat sonrasında bu kısalan ömür, mutasyon korumasının önemini azaltıyor; dolayısıyla kısa ömürlü türlerde, DNA onarımına daha düşük yatırım oluyor.
Mutasyonların yaşlanmaya katkıda bulunabileceği fikri, onları mağlup etmenin genetik bir gençlik çeşmesi olabileceğini akla getiriyor. “Eğer yarın öbür gün bu mutasyonların birikmesini durdurmanın bir yolunu bulursam, inanılmaz zengin olurum” diyor Bautista Sotelo. Halihazırda en az bir biyoteknoloji startup’ı (New York’taki Matter Bio), insan genomunu onarma hedefiyle fon toplamış. (Böyle bir planın o kadar geniş bir hücre yığınında uygulanıp uygulanamayacağı başka bir mesele: “Mutasyonlardan kurtulabileceğinizi sanmıyorum” diyor DeGregori.)
Vücuttaki mutasyonların hikayesi sona ermekten çok uzakta. “Şu an yaptığımız keşiflere bakarsak, yolculuk daha yeni başladı” diyor Martincorena. “Önümüzdeki birkaç yıl içinde pek çok sürpriz bekliyorum.”
Farelerde kalp krizi için gen tedavisi daha da kesin hale geldi. için yorumlar kapalıBİLİM
Eğer insanlar, kertenkelelerin ve balıkların rutin olarak yaptığı gibi hasar görmüş dokuları yeniden büyütebileceklerse, gen ekspresyonunun zaman ve mekanda hassas bir şekilde kontrol edilmesini gerektirecektir – aksi takdirde, her yerde büyüyen rastgele hücreler veya büyümeyi asla bırakmayan yeni bir vücut parçası ile sonuçlanabilir. Yani, süreci durdurmak da en az başlatmak kadar önemlidir.
Diğer hayvanların hasarlı dokuları nasıl yeniden büyüttüğünü inceleyen Duke bilim adamlarından oluşan bir ekip, rejeneratif makinenin en az bir parçasını bu tür bir hassasiyetle kontrol etmek için önemli bir adım attı. Zebra balıklarının kalplerindeki hasarı onarmak için güvendikleri mekanizmaları, insanlarda gen terapisi için kullanılan viral vektörlerle birlikte kullandılar.
13 Aralık’ta Cell Stem Cell’de çevrimiçi olarak yayınlanan yeni bir makalede, araştırmacılar, tüm organda sürekli olarak aktif olmak yerine, yaralanmaya yanıt olarak gen aktivitesini kontrol etme, onu belirli bir doku bölgesiyle sınırlama ve belirli bir zaman penceresi boyunca kontrol etme yeteneğini gösteriyorlar.
Doku yenilenme arttırıcı element olan TREE adını verdikleri bir balık DNA’sı segmentini ödünç aldılar. TREE’ler, bir yaralanmayı algılamaktan ve belirli bir yerde yeniden yapılanma için onarımla ilgili genlerin aktivitesini düzenlemekten sorumlu olan, genomda yer alan bir gen arttırıcılar ailesidir. Bu arttırıcılar ayrıca iyileşme tamamlandıkça gen aktivitesini de kapatabilir. Bu düzenleyici elementler zebra balıklarının yanı sıra meyve sinekleri, solucanlar ve farelerde de bulunmuştur.
Duke Tıp Fakültesi’nde James B. Duke Seçkin Rejeneratif Biyoloji Profesörü olan ve yirmi yıl önce zebra balıklarında kalp yenilenmesini keşfeden ve o zamandan beri üzerinde çalışan Ken Poss, “Muhtemelen bizde de var” dedi. “Ama onları zebra balıklarında bulmak ve memelilerde işe yarayıp yaramadığını sormak bizim için daha kolay.”
Yaklaşık 1.000 nükleotid uzunluğundaki bu güçlendirici diziler, gen aktivitesini bağlamak ve değiştirmek için farklı faktörler ve uyaranlar için tanıma bölgeleriyle doludur. Poss, “Bunu nasıl yaptıklarını ve gerçekten neye tepki verdiklerini tam olarak anlamıyoruz” dedi.
Poss, bir hayvandaki farklı hücre tiplerinin de bu arttırıcıların farklı türlerine sahip olduğunu söyledi. “Bazıları birden fazla dokuda yanıt veriyor – burada kullandıklarımız bunlar. Ancak balıklarda yenilenen omurilik veya yüzgeçlerin profilini çıkardığımızda farklı diziler elde ediyoruz.” İnsan genomunda bu tür güçlendiricilerin on binlercesi olabilir, diye ekledi.
Bu 6 yıllık araştırma projesinin ilk adımı olarak, araştırmacılar embriyonik farelerin genomlarına birkaç farklı türde zebra balığı AĞACI dahil ettiler. Gen aktivitesini belirtmek için görünür bir işaretleyici kullanarak, arttırıcıların yaklaşık yarısının, transgenik memelilerde doku hasarını ne zaman ve nerede algıladıklarında amaçlandığı gibi çalıştığını ve doku mavisine döndüğünü buldular.
Daha sonra, gen dizilerini hücrelere sokmak için tanıdık bir gen terapisi aracı olan adeno-ilişkili virüsü kullanarak geliştirici elementleri seçici olarak yetişkin bir fareye dahil edip edemeyeceklerini bilmek istediler. Virüs, tüm dokulara bir güçlendirici içeren DNA’yı tanıttı, ancak umut, TREE’lerin yalnızca bir yaralanmaya yanıt olarak aktif hale gelmesiydi.
Farelerin kalp krizi modellerinde yapılan bir dizi deney, bir TREE içeren virüslerin yaralanmadan bir hafta önce infüze edilebileceğini ve daha sonra güçlendiricinin yaralanma tespit ettiğinde harekete geçeceğini gösterdi. Ancak, kalp krizinden bir veya iki gün sonra hayvana tanıtıldığında da işe yaradığını buldular. Poss, “Test ettiğimiz üç TREE’nin tümü, yaralanmadan bir gün veya bazen daha uzun süre sonra teslim edilirse etkili olabilir – yine de yaralanmaya yönelik ifadeyi hedefleyebilirler” dedi.
“Bir AĞAÇ ve bir gen iletmenin bu yöntemi, moleküler bir kargoyu doğru zamanda doğru yere teslim etmemize izin verecek mi? Farelerde olduğunu bulduk, “dedi Poss.
Ayrıca, daha insan benzeri bir kalp atış hızına sahip çok daha büyük bir kalbe sahip olan domuzlarda viral olarak bir AĞAÇ ve bir floresan işaretleyici gen verdiler. Kalp krizinden önce veya sonra koroner arterler yoluyla domuz kalplerine virüsler aşıladılar ve yine işaretleyici sadece yaralanma bölgesinde parladı.
Daha sonra, bu sistemin hasarı gerçekten onarıp onaramayacağını görmek için, sadece hasarı algılamak ve dokuyu aydınlatan bir geni açmak yerine, kanserde rol oynayan güçlü bir doku büyüme geni olan hiperaktif bir YAP formu verdiler. Kilit soru, hücre bölünmesini çılgına çevirebilen bu “gerçekten güçlü çekicin” yalnızca doğru zamanda ve yerde çalışmaya kementlenip kementlenemeyeceğiydi.
Farelerde kalp krizinden sonra güvenli bir kas büyümesine sahip olup olamayacaklarını görmek için bir AĞAÇ tarafından kontrol edilen mutasyona uğramış bir YAP kullandılar. Poss, “TREE, birkaç hafta boyunca, sadece yaralanma bölgesinde mutasyona uğramış bir YAP’ı açtı ve sonra doğal olarak ifadeyi kapattı” dedi. Tedavi, kas hücrelerinin bölünmeye başlamasına neden oldu ve farenin kalbi birkaç hafta sonra normale yakın bir işleve geri döndü, ancak bazı yara izleri olmadan değil.
Poss, “YAP’ı tam patlamada ifade etmek istemezsiniz, bu aşırı büyüme gibi sorunlara neden olabilir, ancak bulduğumuz şey, onu yönlendirebileceğimizdir” dedi. Poss, “Bütün hayvan gen terapisini alır, ancak YAP kargosu yalnızca kalbi yaraladığınızda ve nerede yaraladığınızda ölçülebilir seviyelerde ifade edilir” dedi. “Bu yöntemleri, genleri belirli bir zaman ve belirli bir alanda kontrol etmek için kullanabileceğimizi düşünüyoruz ve bu da onları kapatmayı içeriyor.”
Zebra balığı proteini, kalp onarımı için uyuyan genlerin kilidini açıyor. için yorumlar kapalıBİLİM
Hubrecht Enstitüsü’ndeki Bakkers grubundan araştırmacılar, zebra balığından elde edilen bir proteini kullanarak hasarlı fare kalplerini başarıyla onardılar. Hmga1 proteininin zebra balıklarında kalp yenilenmesinde önemli bir rol oynadığını keşfettiler. Farelerde, bu protein, kalp büyümesi gibi yan etkilere neden olmadan uykuda olan onarım genlerini aktive ederek kalbi eski haline getirmeyi başardı. Hollanda Kalp Vakfı ve Hartekind Vakfı tarafından desteklenen bu çalışma, kalp yetmezliğini önlemek için rejeneratif tedavilere doğru önemli bir adımdır. Bulgular 2 Ocak 2025’te Nature Cardiovascular Research’te yayınlandı.
Kalp krizinden sonra, insan kalbi yeniden büyüyemeyen milyonlarca kas hücresini kaybeder. Bu genellikle kalbin kanı etkili bir şekilde pompalamakta zorlandığı kalp yetmezliğine yol açar. İnsanlardan farklı olarak, zebra balığı yeni kalp kası hücreleri yetiştirir: rejeneratif bir kapasiteye sahiptirler. Bir zebra balığı kalbi hasar gördüğünde, 60 gün içinde işlevini tamamen eski haline getirebilir. Çalışmanın lideri Jeroen Bakkers, “Neden bazı türlerin yaralanmadan sonra kalplerini yenileyebildiğini, diğerlerinin ise bunu yapamadığını anlamıyoruz” diye açıklıyor. “Zebra balıklarını inceleyerek ve onları diğer türlerle karşılaştırarak, kalp yenilenme mekanizmalarını ortaya çıkarabiliriz. Bu, sonunda insanlarda kalp yetmezliğini önlemek için tedavilere yol açabilir.”
Hasarı onaran bir protein
Araştırma ekibi, zebra balıklarında kalp onarımını sağlayan bir protein tespit etti. Çalışmanın ilk yazarı Dennis de Bakker, “Zebra balığı kalbini, insan kalbi gibi yenilenemeyen fare kalbiyle karşılaştırdık” diyor. “Kalbin hasarlı ve sağlıklı kısımlarındaki genlerin aktivitesine baktık” diye açıklıyor. “Bulgularımız, Hmga1 proteini için genin zebra balıklarında kalp rejenerasyonu sırasında aktif olduğunu, ancak farelerde olmadığını ortaya koydu. Bu da bize Hmga1’in kalp onarımında önemli bir rol oynadığını gösterdi.” Tipik olarak, Hmga1 proteini, hücrelerin çok büyümesi gerektiğinde embriyonik gelişim sırasında önemlidir. Bununla birlikte, yetişkin hücrelerde, bu protein için gen kapatılır.
‘Barikatları’ temizlemek
Araştırmacılar Hmga1 proteininin nasıl çalıştığını araştırdılar. “Hmga1’in kromatin üzerindeki moleküler ‘engelleri’ ortadan kaldırdığını keşfettik,” diye açıklıyor ilk yazar Mara Bouwman. Kromatin, DNA’yı paketleyen yapıdır. Sıkıca paketlendiğinde, genler aktif değildir. Paketi açıldığında, genler tekrar aktif hale gelebilir. “Hmga1, tabiri caizse, uykuda olan genlerin işe geri dönmesine izin vererek yolu temizliyor” diye ekliyor.
Balıktan memelilere
Proteinin memelilerde benzer şekilde çalışıp çalışmadığını test etmek için, araştırmacılar onu yerel olarak hasarlı fare kalplerine uyguladılar. Bakkers, “Sonuçlar dikkat çekiciydi: Hmga1 proteini, kalp kası hücrelerini bölünmeye ve büyümeye teşvik ederek kalp fonksiyonlarını önemli ölçüde iyileştirdi” diyor. Şaşırtıcı bir şekilde, hücre bölünmesi sadece hasarlı bölgede meydana geldi – tam olarak onarımın gerekli olduğu yerde. “Aşırı büyüme veya genişlemiş bir kalp gibi herhangi bir olumsuz etki yoktu. Ayrıca sağlıklı kalp dokusunda herhangi bir hücre bölünmesi görmedik, “diye vurguluyor Bouwman. “Bu, hasarın kendisinin süreci etkinleştirmek için bir sinyal gönderdiğini gösteriyor.”
Kalp sağlığına zarar verdiği tespit edilen proteinlerin geri dönüşümünün bozulması. için yorumlar kapalıBİLİM
Yeni bir çalışma, kalpteki gereksiz veya hasarlı proteinleri parçalamada önemli bir rol oynayan bir enzim tanımladı – kalp sağlığını korumak için önemli bir süreç.
Araştırmada araştırmacılar, ‘ubikitin spesifik peptidaz 5’ veya USP5 olarak adlandırılan bir enzimin düşük seviyelerinin, kalp kası hücrelerinde protein birikmesine yol açtığını ve hayvan modellerinde dilate kardiyomiyopati adı verilen bir tür kalp hastalığını tetiklediğini buldular.
Çalışma, Max Planck Kalp ve Akciğer Araştırmaları Enstitüsü (MPI HLR) tarafından yönetildi ve King’s College London BHF Araştırma Mükemmeliyet Merkezi’ndeki Randall Hücre ve Moleküler Biyofizik Merkezi’nden araştırmacıları içeriyordu. Bulgular Science Advances bülteninde yayımlandı.
USP5’in koruyucu güçleri
Kalpteki yeni proteinlerin dengesini korumak ve eski veya hatalı olanları parçalamak kalp sağlığı için önemlidir. Vücut, hasar gördüklerinde veya artık ihtiyaç duyulmadıklarında proteinleri parçalayan özel atık yönetimi fabrikalarına (proteazomlar olarak adlandırılır) sahiptir. Ancak bu süreç yanlış gittiğinde, proteinler birikebilir ve kalbin işlevini bozarak kalp hastalığına yol açabilir.
“Fonksiyonel olmayan protein “junk” (proteinopatiler) birikiminin neden olduğu kalp hastalığı, kalp yetmezliğinin yaygın nedenleridir. Bu hastalıklar için nedensel bir tedavi yoktur. King’s Moleküler Kardiyoloji Profesörü ve çalışmanın ortak yazarı Profesör Mathias Gautel, “Kök nedeni hedeflemek için yeni yolların belirlenmesi – yanlış katlanmış protein “çöp” birikimi – bu koşulların çoğunu hafifletebilir” diyor.
Proteinler parçalanmaya hazır olduklarında, proteazoma taşınabilmeleri için ubikitin adı verilen moleküler bir işaretleyici ile ‘etiketlenirler’. Protein proteazoma girmeden önce, ubikitin etiketi parçalanır ve parçalanır, tekrar kullanılmaya hazır hale gelir. USP5, ubikitin etiketinin geri dönüştürülmesinde çok önemli bir rol oynar ve proteinlerin üretilmesi ve parçalanması arasında bir denge sağlar.
Yeni terapötik yaklaşımlar arayışında, MPI HLR’deki araştırmacılar, fare modellerinde, düşük USP5 seviyelerinin dilate kardiyomiyopatiye neden olduğunu gösterdi – bir veya her iki kalp odasının genişlediği ve kasılma yeteneklerini azalttığı bir durum.
“Genetik manipülasyon kullanarak, yetişkin hayvanların kalp kası hücrelerinde USP5’i spesifik olarak devre dışı bıraktık. USP5 eksik olduğunda, hayvanlar sonuç olarak dilate kardiyomiyopati geliştirdi “diyor MPI HLR’de doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ortak yazarı Dr. Silke Kreher.
“Manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kullanarak, bu hayvanların kalplerinin önemli ölçüde büyüdüğünü ve pompalama kapasitesinin ciddi şekilde azaldığını gösterdik” diye ekliyor MPI HLR’de doktora araştırmacısı ve makalenin ortak yazarı Yvonne Eibach.
Araştırmacılar, hücre kültürlerinde ve kardiyomiyopatinin fare modellerinde USP5 seviyelerini arttırdıklarında, kalp hücrelerinin protein “çöplüğünden” arındırıldığını gösterdiler. USP5 seviyeleri artmış fareler, kalpleri yüksek tansiyon gibi durumlarda görülen artan basınç stresi altına girdiğinde daha iyi başa çıkabildiler. Bu deneyler, Gautel laboratuvarının kalp hastalığında rol oynayan hatalı proteinleri incelemedeki uzmanlığı üzerine inşa edildi.
Potansiyel bir terapötik hedef
“Çalışmamız, USP5’in gerekli olduğu dilate kardiyomiyopatide ubikitin zincir geri dönüşümünün rolünü ilk kez vurgulamaktadır. Kalp kası hücrelerinde USP5 kaybını inhibe etmenin veya terapötik olarak artan USP5 konsantrasyonunun protein agregasyonunu azaltacağını ve böylece en azından hastalığın ilerlemesini yavaşlatacağını varsayıyoruz “diyor MPI HLR’den Profesör Thomas Braun, çalışmanın kıdemli yazarı.
Araştırmacılar, USP5’in ilaç geliştirme için bir hedef olup olmayacağını belirlemek için kapsamlı daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu vurguluyor. Bir sonraki adım olarak, ekipler dilate kardiyomiyopatide USP5 protein kaybına yol açan mekanizmaları araştırmayı planlıyor.
Profesör Gautel, “Hücre ve hayvan modellerinden başlayarak kalp hücrelerindeki USP5 seviyelerini değiştirmek için etkili ve pratik yollar bulunabilirse, çok çeşitli kalp hastalıklarına karşı yeni tedavilerin geliştirilmesinin yolunu açabilir” diye ekliyor.
