3D matrisinde insan hücrelerini içeren küçük bir cihaz, bilim adamlarının bu hücrelerin streslere, ilaçlara ve genetik değişikliklere nasıl tepki verdiğini test etme becerisinde dev bir sıçrama anlamına gelir. Bir başparmak sürücünün boyutu hakkında, aygıtlar cips yongaları veya organları olarak bilinir.
Uluslararası Uzay İstasyonunda mikrogravitede doku çiplerini test etmek için bir dizi araştırma Ulusal Sağlık Enstitüleri ( NIH ) Ulusal Çeviri Merkezi ( NCATS ) ve Uzaydaki Bilimin Gelişimi Merkezi arasında bir işbirliği ile planlanmaktadır. NASA ile ortaklaşa ( CASIS ). Uzay girişimi olan Doku Çipleri, mikrogravitenin insan sağlığı ve hastalık üzerindeki rolünü daha iyi anlamaya ve bu anlayışı Dünya'da insan sağlığının iyileştirilmesine dönüştürmeyi amaçlamaktadır.
 |
Esnek plastikten yapılmış doku yongaları,
içlerindeki hücrelere besin ve oksijen sağlayan
port ve kanallara sahiptir.
Kredi: NASA
|
CASIS'teki yardımcı program bilimcisi Liz Warren, “Spaceflight insan vücudunda çok önemli değişikliklere neden oluyor” dedi. “Uzayda doku çiplerinin, bir tür astronotun vücudu gibi davranmasını ve aynı tür bir hızlı değişimi yaşadığını umuyoruz.”
İnsan vücudundaki mikrograviteden kaynaklanan değişikliklerin çoğu, kemik ve kas kaybı gibi Dünya'da yaşlanma ile ilişkili hastalıkların başlangıcını ve ilerlemesini andırır. Ancak mekanla ilgili değişiklikler çok daha hızlı gerçekleşiyor. Bu, bilim adamlarının uzaydaki doku çiplerini Dünya'da meydana gelebilecek aylar veya yıllar sürecek değişiklikleri modellemek için kullanabilecekleri anlamına gelir.
NCATS'teki bilimsel program yöneticisi Lucie Low'e göre, bir mikro-fizyolojik sistem olarak da adlandırılan bir doku çipinin üç ana özelliğe ihtiyacı var. “3D olmak zorunda çünkü insanlar 3D.” Diye açıkladı. “Birden çok farklı hücre tipine sahip olmalıdır, çünkü bir organ her çeşit doku tipinden oluşur. Ve mikroakışkan kanallara sahip olmalı, çünkü vücudunuzdaki her doku, kan ve besin maddelerini alması ve detritus alması için vaskülatür. ”
Warren, “Doku çentikleri hücrelere evden uzakta bir ev veriyor” dedi. Belirli organların karmaşık biyolojik fonksiyonlarını, standart bir 2D hücre kültüründen daha iyi taklit ederler.
“Aslında, insan dokularının vücudun dışında neye benzediğine dair işlevsel bir birim elde edersiniz” dedi Low. “Birazcık almak, bir tencereye koymak ve hücrelerinizin farklı streslere, farklı ilaçlara, farklı genetiklere nasıl tepki verdiğine bakmak ve bunu vücudunuzda neler yaptıklarını tahmin etmek için kullanmak gibi.”
Doku yongalarının potansiyel bir uygulaması yeni ilaçların geliştirilmesinde yatmaktadır. Hayvansal modellerde olumlu klinik çalışmalara rağmen, gelecek vaat eden ilaçların yaklaşık yüzde 30'unun insan klinik çalışmalarında toksik olduğu bulunmuştur. Potansiyel uyuşturucu adaylarının yaklaşık yüzde 60'ı, etkinlik eksikliğinden dolayı başarısız olmaktadır, yani ilacın bir kişi üzerinde amaçlanan etkisi yoktur.
 |
Uluslararası Uzay İstasyonu Ulusal Laboratuvarı'na
yapılan uzay araştırmalarında Doku Çipleri için
CASIS ve NIH (NCATS ve NIBIB) arasındaki
işbirliğini temsil eden nişanlar.
Kredi: CASIS
|
“İlaç geliştirme sürecinde, insan vücudunun tepkilerini tahmin etmek ve işlemin çok daha erken aşamalarında toksisiteyi ölçmek için daha iyi modellere sahip olmanın yanı sıra, potansiyel bir ilacın aslında yan etkilere neden olmadan yapılması gerekenleri kontrol etmesine ihtiyaç vardır. , ”Dedi Low. Akciğer, karaciğer ve kalp gibi insan organlarının yapısının ve işlevinin doğru modelleri olarak, doku çipleri araştırmacılara, aday ilaç, aşı veya biyolojik ajanın insanlarda mevcut metotlardan daha hızlı ve etkili olup olmadığını tahmin etmek için bir model sağlar.
Uzayda Doku Çipleri, daha önceki uzay istasyonu araştırmalarında elde edilen mikroakışkanlık bilgisine dayanıyor, dedi Warren, aynı zamanda yeni, henüz test edilmemiş donanım ve sistemleri de yaratmayı gerektirdi. Bir şey için, sistemin mümkün olduğunca otomatikleştirilmesi gerekiyordu.
“Uzay gemileri için her şeyi basitleştirmek istedik, bu yüzden astronotlar aslında sadece uzay istasyonundaki bir kutuya şırınga veya sıvılarla el konmadan bir kutu takmak zorundalar” dedi. Mühendisler ayrıca çipler için uygun çevresel koşulları sağlamak için kullanılan karmaşık, büyük ekipmanı küçültmek zorunda kaldılar. Dünyadaki laboratuarlardaki bir buzdolabının büyüklüğü, bu donanım, uzaydaki bir ayakkabı kutusu kadar yer kaplıyor.
Mikroakışkanlar, kabarcık oluşumunu ele almak gibi benzersiz zorluklar ortaya koydu. Yeryüzünde, kabarcıklar bir sıvının tepesine süzülür ve kaçar, ancak mikrogravitede onları çıkarmak için özel mekanizmalara ihtiyaç vardır.
Uzayda Dokular Çipleri için gerçekleştirilen otomasyon ve minyatürizasyon, Dünya'daki araştırmaları da geliştiren doku çip teknolojisinin standartlaşmasına katkıda bulunuyor. Low, “Artık gezegende herhangi bir yere gönderilebilecek bir aracımız var” dedi.
Yeryüzünde, bilim adamları bütün vücudu taklit etmek için birkaç organ çipini birbirine bağlamaya çalışıyorlar. Bu, bireyin genlerini, çevresini ve vücudunu hesaba katan hassas tıbbı veya özelleştirilmiş hastalık tedavilerini ve önlenmesini mümkün kılabilir.
Uzayda Doku Çiplerinin bu ilk aşaması beş araştırmadan oluşmaktadır . Bağışıklık sistemi yaşlanmasının araştırılması, Kasım ayı ortası için planlanan SpaceX CRS-16 uçuşunun lansmanı için planlandı. SpaceX CRS-17 veya daha sonraki uçuşlarda lansman yapılması planlanan diğer dördünde akciğer konakçı savunması, kan-beyin bariyeri, kas-iskelet sistemi hastalığı ve böbrek fonksiyonu bulunmaktadır. Bu ilk uçuşlar, mikrogravitenin doku çipleri üzerindeki etkisini test eder ve otomatik sistemin yeteneğini gösterir.
Beş araştırmanın tümü, 18 ay sonra, belirli organlar üzerindeki potansiyel ilaçların test edilmesi gibi, modelin işlevsel kullanımını daha fazla göstermek için ikinci bir uçuşu gerçekleştirmektedir. Buna ek olarak, 2020 yazında, kardiyovasküler sağlığı, kas israfını ve diğeri bağırsak iltihabını anlayabilmek için tasarlanmış iki kalp dokusu da dahil olmak üzere dört proje daha planlanıyor.
Sonunda Warren, teknolojinin astronotların vücutlarındaki değişiklikleri izlemek ve olası karşı önlemleri ve tedavileri test etmek için kullanılabilecek kişiselleştirilmiş çipleri ele geçirmelerine izin verebileceğini söyledi. Bu, astronotların görevlerde sağlıklı olmasını sağlamaya gerçekten büyük bir sıçrama olurdu.
Kaynak: NASA