Bilim insanları, döllenmeden sonraki ilk iki ila dört haftada insan amniyon kesesini taklit eden, kök hücrelerden yetiştirilmiş yeni bir laboratuvar modeli geliştirdi.
Araştırmacıların şimdiye kadar oluşturulmuş en gelişmiş ve olgun amniyon modeli olduğunu belirttiği bu yapı, insan gelişimi hakkında yeni bilgiler sunabilir ve yanık tedavilerinden kornea rekonstrüksiyonuna kadar çeşitli tıbbi prosedürler için hücre ürünlerine yol açabilir. Ekip, elde ettiği bulguları yakın zamanda yayımlanan bir çalışmada duyurdu.
Gelişen insan embriyosu, gelişim yolculuğunda yalnız değildir. Bir araştırma enstitüsünden bir bilim insanı, "Plasenta ve amniyon kesesi gibi destekleyici dokular, embriyo ile birlikte büyür ve embriyonun gelişimi ve hayatta kalması için gerçekten önemlidir" açıklamasında bulundu.
Amniyon kesesi, büyüyen embriyoyu yastıklayan ve koruyan, içi sıvı dolu biyolojik bir balondur. İçerdiği sıvının, sağlıklı embriyo gelişimi için gerekli olduğu düşünülmektedir. Ancak, embriyo ile çevresi arasındaki bu etkileşimi araştırmak kolay olmamıştır; zira gelişimin bu aşamasını insanlar üzerinde incelemek lojistik olarak zor ve etik açıdan karmaşıktır.
Daha önceki laboratuvar ortamında amniyon kesesini modelleme girişimleri, kendine özgü iki farklı hücre katmanına sahip karmaşık 3D yapısını kopyalayamamıştı. Ayrıca, önceki modeller genellikle sadece birkaç gün dayanabiliyordu, bu da uzun süreli gelişim süreci hakkında bilgi edinmeyi zorlaştırıyordu.
Buna karşılık, bilim insanlarının Post-Gastrulasyon Amniyoidleri (PGA'lar) adı verilen yeni hücre modelleri, laboratuvar kaplarında en az üç ay hayatta kalabiliyor ve bir aylık amniyon kesesiyle aynı oranda gelişebiliyor. Şaşırtıcı bir şekilde, benzer bir boyuta da ulaşabiliyorlar – yaklaşık 2,5 santimetreye kadar.
Bu PGA'lar ayrıca amniyon kesesinin belirgin iki katmanlı yapısını da oluşturuyor. Bir bilim insanı, bunları "küçük golf toplarına" benzetti.
Bunu başarmak için ekip, yeni bir hücre kültürü yöntemi kullandı. Vücuttaki herhangi bir hücre tipine dönüşebilen embriyonik kök hücrelerle başladılar. Ekip, bu hücreleri BMP4 ve CHIR adı verilen iki sinyal molekülüne maruz bıraktı. Sinyalleri aralıklı vermeye özen gösterdiler; ilk 24 saat boyunca BMP4 eklediler, ardından sonraki 24 saat boyunca CHIR kullandılar.
Daha sonra, araştırmacılar hücreleri yuvarlak tabanlı kültür kaplarında kendi haline bıraktılar. Bir araştırmacı, "Gerisi tamamen kendi kendine organize oldu" dedi; bu da olgunlaşan kök hücrelerin kendi yapılarının oluşumunu kendilerinin düzenlediği anlamına geliyor.
Tek tek hücreler kaplarda bir araya gelerek ekibin aradığı belirgin iki katmanlı, sıvı dolu yapıyı oluşturdu. Bir araştırmacı, "Bu, embriyonik kök hücrelerin doğru talimatlar verildiğinde uzmanlaşmak ve her şeye dönüşmek gibi şaşırtıcı bir yeteneğe sahip olduğunu gösteriyor, ki bu beni hala hayrete düşürüyor" ifadelerini kullandı.
Yeni modelleriyle donanmış ekip, amniyon keselerinin çevrelerini nasıl etkilediği konusundaki temel soruları yanıtlamaya girişti. Hücrelerin PGA'lara dönüşmesini hangi genlerin yönlendirebileceğini öğrenmek istediler. Hücre gelişimini etkileyebileceğinden şüphelendikleri uzun bir gen listesine müdahale ederek, tek bir gen olan GATA3'ün, başka hiçbir sinyale ihtiyaç duymadan hücreleri amniyon keselerine dönüştürebileceğini buldular.
GATA3, diğer genleri açıp kapatan bir transkripsiyon faktörü olan bir proteinin kodlamasını yapar. Ekip, GATA3'ün düzenlediği genlerden ikisinin, kendi kültür protokollerinde yer alan BMP4 ve CHIR olduğunu gösterdi.
Amniyon kesesinin yakındaki hücreleri nasıl etkileyebileceğini keşfetmek için, PGA'larını belirli bir hücre tipine yönlendirilmemiş ek kök hücrelerle karıştırdılar. Kendi başlarına bırakıldığında, bu hücreler uzmanlaşmamış hallerinde kalmaya devam edecekti. Ancak PGA'ların yanında, bir dizi başka "embriyo dışı" hücre tipine dönüştüler; bu da amniyon kesesinin çevresindeki hücrelerin dönüşümünü yönlendirebildiğini gösterdi.
Bilim insanları ve ekibi şimdi yeni sistemlerinin olası uygulamalarını araştırıyor. Amniyon keseleri antimikrobiyal ve anti-enflamatuar özelliklere sahiptir ve isteğe bağlı sezaryen geçiren kişiler, yanık tedavilerinde veya kornea onarımlarında nakil dokusu olarak kullanılmak üzere amniyon keselerini bağışlayabilirler. Bağışlanan bu materyallerin standartlaştırılması zor olabilir, ancak PGA'lar teorik olarak istenen bu hücreler için güvenilir bir kaynak sağlayabilir.
Çalışmaya dahil olmayan bir uzman, PGA'ların bu tür prosedürler için klinik olarak faydalı materyaller sağlayıp sağlayamayacağını görmek için daha fazla test yapılması gerekeceğini belirtti.
Uzman ayrıca, olgun, kök hücre olmayan hücrelerin, uyarılmış pluripotent kök hücreler (iPSH'ler) adı verilen kök hücrelere geri dönüştürülebileceğini ekledi. Belki de, iPSH'lerin PGA'lara dönüştürülmesinin tıbbi uygulamalar için özellikle yararlı olabileceğini, çünkü hastanın kendi hücrelerinin bunları üretmek için kullanılabileceğini söyledi.
Amniyon kesesinin daha iyi modelleri, araştırmacıların bu kritik yapının neden bazen arızalandığını anlamalarına da yardımcı olabilir. Bazı doğuştan gelen rahatsızlıklar — yani bebeklerin doğduğu rahatsızlıklar — doğumdan önce kesenin boyutu veya içeriğindeki farklılıklarla ilişkilidir ve bilim insanları, PGA'ların bu bağlantıyı açıklamaya yardımcı olabileceğini belirtiyor.
Çalışmanın liderliğini yapan bilim insanı, "Bu küçük yapıların potansiyeli konusunda son derece heyecanlıyım" diyerek sözlerini tamamladı.
