Organ gelişiminin ilk günlerinde ne olduğu, küçük bir hücre grubunun kalp, beyin veya böbrek olmak için nasıl örgütlendiği ve bu kritik gelişim dönemi; uzun süre önce, gelişimsel biyolojinin kara kutusu olarak kalmıştır. Çünkü kısmen hiçbir sensör; hücrelere zarar vermeden bu süreci gözlemleyecek kadar küçük veya esnek değildir.
Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Yüksekokulu’ndan (SEAS) araştırmacılar; tam entegre sensörlere sahip organoidler olarak bilinen basitleştirilmiş organlar geliştirdiler. Bu cyborg organoidleri, organ gelişiminin erken aşamalarında farklı bir bakış açısı sunar.
SEAS Biyomühendislik Yardımcı Doçenti Jia Liu: “3D organlarının 2D yapılardaki az sayıda hücreden başladıkları, doğal organ gelişim sürecinden o kadar ilham aldım ki bence çok esnek, gerilebilir ve yumuşak olabilecek nanoelektronik geliştirebiliriz. Doğal gelişim süreçleri boyunca doku geliştirmekle birlikte büyürken, yerleşik sensörler bu gelişimsel sürecin tüm aktivitesini ölçebilir. Sonuç, dokunun üç boyutlu hacmi boyunca tamamen dağılmış ve entegre bir nano ölçekli cihazı olan bir doku parçası…”
Araştrmacı Liu daha önce, belirli doku bölgelerine enjekte edilebilecek esnek, ağ benzeri nanoelektronik geliştirdi. Bu tasarım üzerine inşa eden Liu ve ekibi, ağın şeklini düz çizgilerden serpantin yapılarına değiştirerek nanoelektroniklerin esnekliğini artırdı. Daha sonra, takım gözenekli nanoelektronik; iki hücreli kök hücre kağıdına aktarıldı. Burada hücreler; hücre çekim kuvvetleri yoluyla nanoelektronik ile kaplandı ve birbirine geçti. Kök hücreler 3 boyutlu bir yapıya dönüşmeye başladıkça, nanoelektronik; hücrelerle birlikte kendilerini kusursuz bir şekilde yeniden yapılandırdı ve gömülü sensörler ile tamamen büyümüş 3 boyutlu organoidlerle sonuçlandı.
Kök hücreler daha sonra kardiyomiyositler (kalp hücreleri) olarak ayırt edildi ve araştırmacılar; elektrofizyolojik aktiviteyi 90 gün boyunca izleyip kayıt edebildiler.
Liu: “Bu yöntem, gelişim sürecini sürekli izlememize ve bireysel hücrelerin dinamiğinin, gelişim süreci boyunca nasıl etkileşime girmeye ve eşitlenmeye başladığını anlamamızı sağlıyor. Beyin ve pankreas organoidleri de dahil olmak üzere herhangi bir organoidi cyborg organoidlerine dönüştürmek için kullanılabilir.”
Biyoloji ile ilgili temel soruların cevaplanmasına yardımcı olmasının yanı sıra, hastaya özgü ilaç tedavilerini test etmek, izlemek ve potansiyel olarak nakiller için kullanılan cyborg organoid’ler kullanılabilir.
