2020’de Michael Levin liderliğindeki biyologlar, hücre topluluklarını minik, yüzeylerde ‘yürüyebilen’ yapay formlara dönüştürdüler. Bu ‘biyolojik robotları’ Levin ve ekibi yeni bir organizma türü olarak kabul edilebileceğini ileri sürdü. İki yıl sonra, araştırmacılar xsenobotların, kurbağanın deri hücrelerinden kendiliğinden birleşerek ve sıvı içinde yüzerek çeşitli davranışları sergileyebildiğini keşfetti. Gelin birlikte bu yeni keşife bir bakalım…
Kaynak: https://www.scientificamerican.com/ar…
Biyolojik robotlar Afrika pençeli kurbağası Xenopus laevis’in deri ve kalp kası hücrelerinden oluşturuldu.
Geçtiğimiz günlerde Levin ve Tufts Üniversitesi’ndeki meslektaşları insan hücrelerinden yapılan ‘robot benzeri’ varlıklar yaptıklarını bildirdi. Bunlara ‘anthrobotlar’ adını verdiler.
Anthrobotların hareketli olmasının anahtarı, ksenobotlar gibi, yüzeylerinin sıvı içinde yapıları iten etrafında dalgalanan saç benzeri protein uzantıları olan silialarla kaplı olması.
Gerçekten bir yere gitmeleri için, siliaların hepsinin koordineli bir şekilde birlikte atması gerekir.
Anthrobotlar sadece yüzmekle kalmaz, aynı tür organizmanın içindeki farklı suşlar veya gruplar gibi belirgin şekillere ve davranış modlarına da sahipler. Tufts ekibi, anthrobotların diğer insan hücrelerinin katmanlarında ilkel bir yara iyileştirme biçimini teşvik edebileceğini bildiriyor, bu da onların tıpta kullanılma olasılığını artırıyor.
Bazı bilim insanları, bu insan hücre kümelerinin, orijinal ksenobotlar gibi, abartıldığını iddia ediyor.
Kendiliğinden oluşan bu varlıkların gerçekten bir tür ‘robot’ olarak kabul edilip edilemeyeceğini sorguluyorlar. Bazıları, kurbağa hücrelerinin hareket edebilen küçük kümeler oluşturmasında özellikle yeni veya şaşırtıcı bir şey görmedi. Edinburgh Üniversitesi’nden gelişimsel biyolog Jamie Davies, Levin’in 2020 çalışmasına veya son çalışmasında insan hücre kümelerinin hareket edebileceği konusunda şaşırılacak bir şey olmadığını söylemişti.
Ancak Levin, buradaki anahtarın perspektif değişikliği olduğunu savunuyor.
Biyorobotik platform olarak kullanılabilen hücre kümeleri, kendi başlarına birer organizma gibi ele alınmalıdır. Bu hücrelerin belirli şekil ve davranışları, tıbbi uygulamalar için büyük önem taşır. Özellikle hasarlı dokuların vücut içinde onarılması gibi durumlarda, bu hücrelerin özelliklerini sistematik bir şekilde değiştirerek faydalı sonuçlar elde edebiliriz.
Levin’in anthrobotlar üzerine yaptığı çalışmalar, insan hücrelerinin “morfoalanı”na yeni bir bakış açısı sunmakta.
Bu hücreler, sadece insan vücudunun dokularını ve organlarını değil, doğada hiç rastlanmayan yapıları da spontane olarak oluşturabilirler. ‘Morfoalanın yönlerini keşfediyoruz,’ diyor Levin. ‘Evrim belirli bir varyasyon noktası sunar, fakat aslında çok daha fazlası mevcuttur.’ Hücrelerin ve dokuların farklı yapıları geliştirme kabiliyeti, plastisite olarak adlandırılır.
Anthrobotlar, her biri 30 ila 500 mikrometre arasında değişen ve iki aya kadar hayatta kalabilen, yetişkin insan akciğer dokusundan alınan hücrelerden yapılır.
Bu doku, solunum yoluyla alınan havadaki partikülleri absorbe edebilen ve böylece temizleyebilen mukus taşıyan silialarla kaplıdır. (Öte yandan, kurbağa derisindeki silialar, derinin nemli kalmasını sağlamak için mukusu hareket ettirir.) Bu tür dokuların silialı kümeler şeklinde bir araya gelebileceği bilinmektedir. 2010’larda yayınlanan bir dizi makale, bu tür kümelerin, genellikle organoidler olarak adlandırılan, akciğer fonksiyonlarını analiz etmek için kullanılabileceğini belirtmiştir. Bu organoidlerin bazılarında, silialar, insan hava yollarının dallanmasında olduğu gibi, içeriye doğru boş bir alanı işaret eder. Ancak, son yıllarda, araştırmacılar, anthrobotlar gibi, dışa doğru yönlendirilmiş silialarla kaplı hava yolu hücre kümesi (sferoidler) yetiştirdiklerini keşfetmişlerdir.
Daha önce bununla ilgili bir çalışma yapılmamıştı.
Bu önceki çalışmalar, insan solunum sisteminin modelleri olarak organoidler yapmakla ilgilendiği için, hücre yapılarının davranışını incelemeyi içermez. Genellikle çalışmalar, hava yolu sferoidlerini protein açısından zengin bir jel olan Matrigel içinde gömülü ve hareketsiz tuttu. Birincil amaç kistik fibroz tedavisine yönelik potansiyel ilaç terapilerini belirlemek için bir hava yolu organoid sistemi geliştirmekti.
Buna karşılık, Levin’in ekibi sferoidleri serbest bırakmak istedi.
Konuyla ilgil; “Zorlu adım, jeldeki proteinleri yok ederken botları bir arada tutan proteinleri yok etmeyecek şekilde Matrigel’i nazikçe çözmektir.’ diyor Tufts’tan yeni makalenin baş yazarı Gizem Gümüşkaya. Küçük kuyularda yaparak onları kalıplamak yerine, ekibinin yaptığı gibi, hücrelerin kendiliğinden bir araya gelmesine izin vererek sferoidleri daha hızlı ve verimli bir şekilde yapar.
Levin ve meslektaşları, bu hareketlerin sadece rastgele olmadığını savunuyor.
Yüzlerce anthrobotun hareketlerini istatistiksel olarak inceledikten sonra, botların belirgin sınıflara ayrıldığını söylüyorlar. Bir grupta, yapılar – küçük ve daha az veya daha fazla küresel – yüzeylerinde her yerde silialara sahiptir ve hiç hareket etmezler. Diğer gruplar, daha düzensiz – biraz patates şeklinde – yapılar ve yalnızca kısmen silia kaplıdır. Bir bölgede sıkıca gruplandırılmış silialara sahip olmaları nedeniyle dairesel yollar boyunca yüzerler veya daha gevşek bir şekilde dağılmış silialara sahip olmaları nedeniyle düz çizgiler boyunca hareket ederler.
Araştırmacılar, her biri bu morfolojik ve davranışsal türlerin hücre grupları için içsel bir hedef yapı olarak kabul edilebileceğini söylüyor.
Araştırmacılar, anthrobotların çizikle hasar görmüş bir tabakta yetiştirilen insan nöronları üzerinde dolaştığında, nöronların yeniden büyümesine yardımcı olduğunu buldular. Bu durumun sadece mekanik olmadığı ve anthrobotların nöronlara büyümeyi teşvik eden sinyaller gönderiyor olabileceği düşünülüyor.
“Bu yeteneği bulmak, ilk baktığımız şeylerden biriydi.”
“Bu bana, muhtemelen birçok başka şeyin mümkün olduğunu ve bu sadece buz dağının ucu olduğunu söylüyor. Bu, bu yapıları, canlı organizmalarda veya bir laboratuvar tabağında diğer hücreleri birçok başka şekilde etkilemek için kullanma olasılığını açıyor.” Doktor Gümüşkaya, insan nörodejeneratif hastalığının modellerinde benzer “iyileştirme” davranışını aramayı umuyor. Örneğin beyini taklit eden nöronal organoidlerin anthrobotların hasar görmüş retinaları veya omurilikleri onarmak için kullanılabileceğini öne sürüyor. Ancak bu tür fikirler şimdilik tamamen bir düşünce.
