Pankreas Kanserinde Yeni Tedavilere Olanak Sağlayan Gerçeği Taklit Eden Pankreatik Organoidler

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) mühendisleri, Manchester Kanser Araştırmaları Enstitüsü’ndeki bilim insanlarıyla iş birliği içinde, sağlıklı veya kanserli pankreas hücrelerini kullanarak pankreasın küçük kopyalarını oluşturmanın yeni bir yolunu geliştirdiler. Yeni modelleri, araştırmacıların şu anda tedavi edilmesi en zor kanser türlerinden biri olan pankreas kanseri için potansiyel ilaçlar geliştirmelerine ve test etmelerine yardımcı olabilir.

Araştırmacılar, pankreası çevreleyen hücre dışı ortamı taklit eden özel bir jel kullanarak, pankreas tümörleri ve çevreleri arasındaki önemli etkileşimleri incelemelerine olanak tanıyan pankreas "organoidleri" yetiştirebildiler. Artık doku büyütmek için kullanılan bazı jellerin aksine, yeni MIT jeli tamamen sentetik, montajı kolay ve her seferinde tutarlı bir bileşimle üretilebilmektedir.

Mühendislik fakültesi inovasyon eğitimi ve biyoloji mühendisliği, makine mühendisliği profesörü Linda Griffith, "tekrar tekrar üretme sorunu önemli bir konudur" diyor. "Araştırma topluluğu, bu tür organoidlerin daha metodik kültürlerini yapmanın ve özellikle mikro çevreyi kontrol etmenin yollarını arıyor." Araştırmacılar ayrıca yeni jellerinin bağırsak ve endometriyal doku da dahil olmak üzere diğer doku türlerini büyütmek için kullanılabileceğini göstermiştir. Manchester Kanser Araştırmaları Enstitüsü'nde grup lideri olan Griffith ve Claus Jorgensen, Nature Materials dergisinde yer alan makalenin kıdemli yazarlarıdır. Baş yazar ise Manchester Kanser Araştırmaları Enstitüsü'nde eski bir yüksek lisans öğrencisi olan Christopher Below'dur.

Mikroçevreyi taklit etmek

Geleneksel olarak,bir laboratuar kabında organoid yetiştirmek için ticari olarak temin edilebilen doku türevli jel kullanılmaktadır. Bununla birlikte, en yaygın kullanılan ticari jel, farelerde yetişen bir tümörden türetilen proteinlerin, proteoglikanların ve büyüme faktörlerinin karmaşık bir karışımı olduğundan, lottan lota değişkendir ve istenmeyen bileşenlere sahiptir, diyor Griffith. Ayrıca, her zaman birden fazla hücre tipinin büyümesine izin vermez. Yaklaşık 10 yıl önce, Griffith'in laboratuarı, diğer destekleyici hücrelerle birlikte çoğu organı kaplayan tabakaları oluşturan epitel hücrelerini büyütmek için kullanılabilecek sentetik bir jel tasarlamaya başlamıştır.

Geliştirdikleri jel, canlı hücrelerle etkileşime girmediği için tıbbi uygulamalar için sıklıkla kullanılan bir polimer olan polietilen glikol (PEG) içermektedir. Araştırmacılar, vücuttaki organları çevreleyen hücre dışı matrisin biyokimyasal ve biyofiziksel özelliklerini inceleyerek, hücrelerin içinde büyümesine yardımcı olmak için PEG jeline dahil edebilecekleri özellikleri belirleyebildiler.

İntegrinler adı verilen hücre yüzeyi proteinleri ile etkileşime giren peptit ligandları adı verilen moleküllerin varlığı önemli özelliklerden biridir. Öncelikle hücre ve integrinler arasında yapışkan bağlanma hücrelerin jele yapışmasına ve organoidleri oluşturmasına izin verir. Araştırmacılar, jele fibronektin ve kollajenden türetilen küçük sentetik peptidlerin dahil edilmesinin, bağırsak dokusu da dahil olmak üzere çeşitli epitel dokularını büyütmelerine izin verdiğini saptadılar. Bağışıklık hücreleri ile birlikte stromal hücreler adı verilen destekleyici hücrelerin de bu ortamda gelişebileceğini gösterdiler.

Yeni çalışmada Griffith ve Jorgensen, jelin normal pankreas organoidlerinin ve pankreas tümörlerinin büyümesini desteklemek için de kullanılıp kullanılamayacağını görmek istedi. Geleneksel olarak, pankreas dokusunu hem kanserli hücreleri hem de destekleyici ortamı çoğaltacak şekilde büyütmek zor olmuştur, çünkü pankreas tümör hücreleri vücuttan çıkarıldıktan sonra, ayırt edici kanserli özelliklerini kaybederler.

Griffith'in laboratuvarı yeni jeli üretmek için bir protokol geliştirdi ve daha sonra test etmek için Jorgensen'in pankreas kanseri biyolojisini inceleyen laboratuvarı ile iş birliği yaptı. Jorgensen ve öğrencileri, farelerden elde edilen sağlıklı veya kanserli pankreas hücrelerini kullanarak pankreas organoidlerini büyütmek için jel üretmeyi başardılar. Jorgensen, "Protokolü Linda'dan aldık, reaktifleri ekledik ve işe yaradı" diyor. "Bence bu, sistemin ne kadar sağlam olduğu ve laboratuarda uygulanmasının ne kadar kolay olduğunu gösteriyor."

Denedikleri diğer yaklaşımların çok karmaşık olduğunu ya da canlı dokularda görülen mikroçevreyi yeniden oluşturamadığını söylüyor. Jorgensen'in laboratuarı bu jeli kullanarak pankreas organoidlerini canlı farelerde çalıştıkları dokularla karşılaştırdı ve tümör organoidlerinin pankreas tümörlerinde görülen aynı integrinlerin çoğunu eksprese ettiğini buldu. Ek olarak, normalde makrofajlar ve fibroblastlar dahil olmak üzere tümörleri çevreleyen diğer hücre tipleri de mikro ortamda gelişebilmiştir.

Hasta kaynaklı hücreler

Araştırmacılar ayrıca, hastalardan pankreas kanseri hücrelerinden organoid yetiştirmek için jeli kullanabileceklerini gösterdi. Akciğer, kolorektal ve diğer kanserleri incelemek için de yararlı olabileceğine inandıkları bu tür sistemler, potansiyel kanser ilaçlarının tümörleri ve mikroçevrelerini nasıl etkilediğini analiz etmek için kullanılabilir. Griffith ayrıca, uterusu kaplayan dokunun uterusun dışında büyümesinin yol açtığı, ağrıya ve bazen kısırlığa yol açabilen endometriozis sırasında hastalarda oluşan dokuları büyütmek ve incelemek için jeli kullanmayı planlıyor.

Yeni jelin avantajlarından biri, tamamen sentetik olması ve PEG ve bazı polipeptitler de dahil olmak üzere spesifik öncülleri bir araya getirerek bir laboratuarda kolayca yapılabilmesidir. Araştırmacılar teknoloji için bir patent başvurusunda bulundu ve jeli ticari olarak üretebilecek bir şirkete lisanslama süreci devam ediyor.