Yeni Ufuklara: Yapay Kan

Öncelikle kanın temel işlevlerinden biri, vücuda oksijeni taşımak ve bunu dokulara bırakıp onun yerine karbondioksidi almak. Bu, kırmızı kan hücrelerinde (eritrositler) bulunan ve hemoglobin adı verilen, oksijen taşıyıcı proteinlerle sağlanır. Kanı oluşturan öteki hücresel yapılar, bağışıklıkta önemli yeri olan beyaz kan hücreleri (akyuvarlar) ile pıhtılaşma ve yara tamirini sağlayan platelet (ya da trombosit) olarak bilinen pulcuklardır. Bir vericiden alınan kanın nakli olağan ve güvenli bir yol olsa da, kanın yerini alabilecek maddelerin geliştirilmesi için önemli nedenler vardır. insan alyuvarlarını, klinik etkilerini uzatacak ve bakteri bulaşma riskini azaltacak şekilde saklamak sıkıntılıdır. Bu durum, kanın afet bölgelerinde ve savaşlarda ulaşılabilir olmasını sınırlıyor.

Kan toplama ve muhafaza etme konusundaki problemler, maliyeti, dünya çapındaki rezerv noksanlığı gibi sorunlar, kan yerine geçen maddelerin geliştirilmesine yol açmıştır. Yapay kan çalışmaları temel olarak; oksijen taşıyıcı bileşiklerin geliştirilmesi, kök hücre bazlı doğal eritrosit hücrelerinin laboratuvar ortamında üretilmesi ve eritrositlerde bulunan doğal hemoglobin molekülünün işlev ve hareketlerinin yapay eritrositler aracılığı ile gerçekleştirilmesini  hedef  alır. Başlıca çalışmalar aşağıdaki gibidir.

• Hemoglobin Temelli Oksijen Taşıyıcıları-HBOT

• Perflorokarbonlar

• Respirositler

• Kök hücre çalışmaları

Bu yapay eritrosit hücreleri günümüzde henüz doğal alyuvarların tüm işlevlerini tam olarak yerine getiremeseler de, laboratuvar ortamı ve canlı denekler üzerindeki uygulamalarda  bir çok  potansiyel  kullanım  alanları bulunmaktadır.  

Doğal hemoglobinin insanda kullanımında toksik etki gösterdiğinin belirlenmesiyle birlikte, modifiye hemoglobin geliştirme çalışmalarına odaklanılmış ve bu çalışmalar gün geçtikçe artmıştır. Her bir hemoglobin molekülünde, demir içeren, hem grubu olarak adlandırılan, her biri bir oksijen molekülüne bağlanan dört zincir bulunur. Bu oksijen-heme bağı, hemoglobin molekülünün biçiminde değişime yol açar. Bu durum, hemoglobinin ek oksijen moleküllerini giderek daha fazla çekmesine yol açar. Demek ki, oksijen kısmi basıncındaki küçük bir değişiklik, hemoglobinin bağlandığı ya da bıraktığı oksijen niceliğinde önemli bir değişime neden olur. HBOT’ların dolaşımda beklenmedik biçimde çok kısa ömürlü olmaları, anormal ölçüde oksijen çekmeleri ve klinik yan etkileri en önemli sorunlardı. HBOT’ların klinikte etkin bir yapay kan olarak kullanılabilmeleri için, aşılması gereken temel sorunlar, dolaşım sistemindeyken  kısa ömürlü olmaları ve oksijeni dokulara bırakmada normal  emoglobine oranla yetersiz kalmalarıydı.Hemoglobin Çözeltileri, Modifiye Hemoglobinler, Polihemoglobin Konjuge Hemoglobin, Çapraz Bağlı Tetramerik Hemoglobin, Rekombinant İnsan Hemoglobini, Hemoglobin Kesecikleri gibi çalışma sonuçları çıkarılmış; üretimler yapılmış ve hala geliştirilmeye de devam edilmektedir.

Perflorokarbonlar (PFC), hidrojen  atomları  yerine  flor  atomlarının bağlanmış olduğu hidrokarbon benzeri  durağan  bileşiklerdir. Hemoglobin tabanlı kan yerine geçen maddelerin aksine PFC’lar oksijen ve diğer gazlarla reaksiyona girmemesi, plazma hücresindeki oksijen çözünürlüğünü arttırması, çözünmüş oksijen sıcaklığın etkilerine maruz kalmaması, oksijenin alyuvarlardan dokuya transferini kolaylaştırması gibi avantajlara sahiptir. Ancak, suda  çözünebilir  olmaları  nedeniyle  damar  içi  kullanım  öncesi homojen bir şekilde karışabilme ihtiyacı hissedilmiştir.

Respirosit adı verilen, kendi mantığıyla malzeme transferi yapabilecek, istenilen bölgeyi tamir edebilecek yeteneğe sahip, yapay eritrosit otomasyonları üzerine de çalışmalar  yapılmaktadır. Matematik, mekanik ve bilgi teknolojileri ile geliştirilen bu otomasyon sisteminin çip ya da algılayıcı kullanılarak kontrolünün yapılmasına çalışılmaktadır. İnsan denemeleri henüz yapılmamış olan bu sistem sayesinde, enfeksiyon durumunda vücuttaki durumun değerlendirilmesi ve iyileşme sürecinde gerekli olan ilaçların hedefe taşınımı amaçlanmaktadır.

Kök hücreler, erken yaşam ve büyüme döneminde organizmada pek çok farklı hücre tiplerine  gelişmek için olağan üstü bir potansiyele sahiptir. Bu hücreler canlının yaşamı boyunca diğer hücrelerin yenilenmesini sağlayarak temelde iç onarım sistemi olarak hizmet vermektedirler. Bir kök hücre bölünmesinden oluşan yeni hücreler kas, beyin, kırmızı kan hücresi gibi birçok özgül işlevlere farklılaşabilecek hücre potansiyeline sahiptir. Bu potansiyelleri yapay olarak kırmızı kan hücreleri üretiminde kullanılabilmesi fikrinin doğmasına neden olmuştur. İnsan eritroid kök hücrelerin çalışmalarda kullanılmaya  başlaması, kan transfüzyonu için eritroid hücrelerinin laboratuvar koşullarında büyük  miktarda üretimini ve eritropoiez hakkında bilgilerimizin arttırılmasını sağlayacak büyük fırsatlar sunmaktadır.

İleri Okuma ve Referanslar

1. Stokstad, E.:“Not Blood Sample”. Science 8.02.2002
2. www.muhendisbeyinler.net/yapay-kan-nedir/
3. F.T.Barbosa,M.J.Jucá,A.A.Castro,J.L.Duarte,L.T.Barbosa;” Artificial Oxygen Carriers As A Possible Alternative To Red Cells İn Clinical Practice” Sao Paulo Med J. 2009; 127(2):97-100
4. http://www.milliyet.com.tr/yapay-kan-2-yil-icinde-hazir--pembenar-detay-genelsaglik-1465596/
5. Henkel-Hanke, Thad; Oleck, Mark; Artıfıcıal Oxygen Carrıers: A Current Revıew; Aana Journal; Jun2007, Vol. 75 Issue 3, P205