İnsan karaciğerinin karmaşık biyolojisi ve metabolik fonksiyonlarını laboratuvar ortamında yeniden oluşturmak, hepatoloji ve doku mühendisliğinde yıllardır aşılması güç bir engeldi. Bu zorlukların üstesinden gelerek, Keio Üniversitesi araştırmacıları insan yetişkin hepatositlerinden oluşan organoidler geliştirmeyi başardı. Bu üç boyutlu mini karaciğer modelleri, önceki çalışmalarda mümkün olmayan olgun metabolik aktivite gösterebilme özelliğine sahip olarak karaciğer biyolojisi çalışmalarında çığır açıcı bir gelişme olarak değerlendiriliyor. Bu devrim niteliğindeki araştırma, karaciğer hastalıklarının tedavisinde ve rejeneratif tıpta yeni ufukların açılmasını sağlıyor.
Karaciğer, vücut içinde çok sayıda biyokimyasal süreci aynı anda yürüten eşsiz bir organdır. Glikoz regülasyonundan safra asidi salgısına kadar birçok kritik fonksiyona sahip olan bu organın yüksek enerji gereksinimi ve karmaşık yapısı, hepatositlerin laboratuvar koşullarında uzun süre sağlıklı kalmasını zorlaştırıyordu. Ancak, mevcut kültür tekniklerinde izole edilmiş hepatositler genellikle 1-2 hafta içinde özelliklerini kaybedip, safra kanallarını döşeyen kolanjiosit benzeri hücrelere dönüşerek fonksiyonlarını yitiriyordu. İşte bu sınırlılık, Keio Üniversitesi araştırmacılarının çalışmasıyla aşılmış oldu.
Araştırma ekibi, hasta kökenli, kriyoprezervasyon yöntemiyle dondurulmuş insan yetişkin hepatositlerini temel aldı. Buradaki yenilikçi adım ise, organoid kültürlerinde daha önce kullanılmayan bir sitokin olan onkostatin M’nin uygulanması oldu. Onkostatin M, iltihaplanma sinyal yolaklarında görev yapan bir molekül olup, hepatositlerde olağanüstü bir proliferasyon fazı başlatarak organoid sayısının milyon kat artmasını sağladı. Daha önce benzeri çoğalma oranlarına ulaşılamamış olması bu keşfi daha da önemli kıldı.
Geliştirilen organoidler üç ay boyunca canlılık ve çoğalma kapasitelerini sürdürebildiler ve hatta altı ay boyunca farklılaşma potansiyellerini kaybetmeden yaşamaya devam ettiler. Bu uzun ömürlülük, daha önce mümkün olmayan uzun süreli fonksiyonel inceleme ve hastalık modellerinin denenmesine olanak tanıyor. Ayrıca, ekip yeni kimyasal bazlı, hormon destekli bir farklılaşma protokolü geliştirerek hepatositlerin olgunlaşmasını tetikledi. Bu süreç sonucunda organoidler, glikoz, üre, kolesterol, trigliserid ve safra asidi sentezi ve salgısı gibi temel karaciğer fonksiyonlarını hayata geçirdi.
Organoidlerde dikkat çeken başarı ise safra kanalını andıran mikro tübüler yapıların gelişimi oldu. Bu yapılarda safra asitlerinin taşınması sağlanarak karaciğerin özgün mimarisi taklit edildi. Safra kanalcıklarının varlığı, hepatobiliyer hastalık modellerinin oluşturulması ve safra asidi metabolizmasını hedefleyen ilaçların değerlendirilmesinde önemli bir avantaj sunuyor. Ayrıca salgılanan albumin miktarı, mevcut hepatosit kültür sistemlerini geçerek insan karaciğer fonksiyonunu laboratuvar ortamında başarıyla yansıttı.
Onkostatin M’nin hepatosit proliferasyonundaki rolü teknik bir başarı olmanın ötesinde karaciğer biyolojisinin moleküler mekanizmalarını aydınlatıyor. Sorumlu araştırmacı Toshiro Sato’ya göre, onkostatin M yetişkin karaciğer hücrelerinin yenilenme ve farklılaşma potansiyelini ‘kilitleyen’ yeni bir anahtarı temsil ediyor. Daha önce organoid büyümesini tetikleyen birkaç molekül bilinmekteyken, bu sitokin karaciğer modellemesi için yeni ufuklar açtı.
Geliştirilen bu teknoloji, tedavi amaçlı preklinik modellerde umut verici sonuçlar gösterdi. Bağışıklık sistemi baskılanmış ve karaciğer fonksiyonları bozulmuş farelere insan hepatosit organoidleri nakledildiğinde, organoidler başarılı şekilde konak dokuyla bütünleşti ve kaybolan karaciğer fonksiyonlarını yeniden sağladı. Bu başarı, organ bağışının kısıtlılığı ve organların hızlı hasat edilip nakledilme zorunluluğu gibi önemli sorunların üstesinden gelme potansiyeli taşıyor. Dondurularak saklanan hepatositlerin ihtiyaç duyulduğunda çoğaltılması, lojistik ve koruma problemlerini aşabilir.
Ayrıca, bu yöntem rejeneratif tıp alanında büyük bir dönüm noktası olma potansiyeline sahip. Sato, insan karaciğerinin büyüklüğü ve metabolik taleplerini karşılayacak hücre sayısına ulaşmanın halen zor olduğunu belirtse de, bu zorluk aşıldığında, karaciğer nakillerinde köklü bir devrim yaratılabilir. Böylece son evre karaciğer hastalığı ve genetik karaciğer bozukluğu olan hastalar için yeni yaşam umutları doğabilir.
Organeller, ilaç geliştirme sürecinde de önemli avantajlar sağlıyor. Geleneksel toksisite testlerinde insan hepatositleri hızlı fonksiyon kaybı ve batchler arası farklılık nedeniyle güvenilirlikten uzak kalıyordu. Bu da hem süreci uzatıyor hem de maliyetleri artırıyordu. Organoidler ise yenilenebilir ve metabolik açıdan aktif insan karaciğer hücrelerinin sürekli tedarik edilmesine olanak vererek ilaç testlerinin güvenilirliğini arttırıyor.
Hastalıklı modellerde de organoidler büyük avantajlar sunuyor. Örneğin, metabolik ilişkili steatozlu karaciğer hastalığı (MASLD) modellemede, lipidler doğal olarak sentezlenirken, hastalığa yönelik ilaçlar uygulandığında bu lipidler azaldı. Bu yaklaşım, yapay lipid yüklemesi yapan önceki çalışmalara kıyasla daha gerçekçi ve işlevsel bir model sunuyor. Ayrıca gen düzenleme teknikleri kullanılarak üre döngüsü bozukluğu olarak bilinen nadir bir genetik hastalık olan ornithine transcarbamylase (OTC) eksikliği başarılı şekilde taklit edildi.
Araştırmacılar, organoidlerde karmaşıklığın artırılması gerektiğini vurguluyor. Karaciğerdeki diğer hücre popülasyonları olan Kupffer hücreleri (makrofajlar), karaciğer sinüzoidal endotelyal hücreleri ve hepatic stellate hücrelerinin eklenmesi, organoidlerin karaciğer fizyolojisindeki hücresel etkileşimleri tam anlamıyla yansıtması açısından kritik önemde. Ayrıca, klinik uygulamalarda gerekli büyük hücre miktarına ulaşmak için çoğalma kapasitesinin arttırılması da önemli öncelikler arasında.
Sonuç olarak, Keio Üniversitesi’nin insan yetişkin hepatositlerinden oluşturduğu metabolik fonksiyonlara sahip organoidler, laboratuvar ortamında karaciğerin karmaşık yapısını ve işlevlerini taklit etme yolunda önemli bir kilometre taşıdır. Sitokin sinyal yolaklarının yenilikçi kullanımı, avanzada farklılaşma protokolleri ve hassas genetik düzenleme teknikleri, kişiye özel tıptan ilaç keşfine, rejeneratif tedavilerden hastalık modellemesine kadar geniş bir yelpazede büyük potansiyel taşımaktadır. Küresel sağlık açısından kritik önemi olan karaciğer hastalıklarına karşı geliştirilen bu modeller, temel bilim ve uygulamalı tıp alanında vazgeçilmez araçlar olma yolunda hızla ilerlemektedir.
Araştırma Konusu: Cells
Makale Başlığı: Generation of human adult hepatocyte organoids with metabolic functions
Haberin Yayın Tarihi: April 16, 2025
Web References: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-025-08861-y
Resim Credits: Toshiro Sato from Keio University
Anahtar Kelimeler: hepatocyte organoids, liver regeneration, oncostatin M, organoid proliferation, metabolic functions, liver disease modeling, MASLD, gene editing, urea cycle disorder, transplantation, regenerative medicine
