kemik - Tıpacı

New York University’s College of Dentistry (NYUCD) araştırmacıları tarafından öncülük edilen uluslararası bir araştırma ekibi tarafından, Neandertallerin yüz iskeletlerinin insanlarınkinden farklı olmasına sebep olan gelişimsel süreçleri ilk kez açıklanabildi ve bulguları Nature Communications‘da yayımlandı.

Araştırmacılar, 200.000 yıl kadar önce ortaya çıkan Neandertaller’in insanlardan (Homo sapiens) yüzün gelişimi süreci ile farklılaştığını ve iki türün bu noktada ciddi şekilde ayırt edilebileceğini gösterdi. Daha önceden de bilinen insan-neandertal yüz yapısı farkına bir ekleme daha yapılmış oldu.

Evrim süreci için düşünüldüğünde önemli bir yeri dolduran bu bilgi aynı zamanda ‘insan ve neandertallerin insan soy ağacında farklı dallar olarak düşünülmemesi’ gerektiğini öne süren teorileri de yanlışlıyor. Yüzdeki büyüme süreçlerine (pattern) dayanan araştırma iki türün birbirinden sanılandan daha da ayrı dallarda bulunduğunu ortaya çıkardı.

Mevcut araştırma ilkelden modern insana geçişi anlamak için büyük önem arz eden, Neandertal ve insan yüzü arasındaki morfolojik süreç farklılıklarını incelemek üzere düzenlendi.

İnsanlarda kemiklerin en dış katmanları ve yüzeyleri kemikten atım yapılan (rezorpsiyon -azalma veya kemikten madde azalması olarak anlaşılmalıdır) kısım iken Neandertaller’de en dış kemik katmanı kemiğin büyümesini sağlayan depozisyon (madde üretimi veya birikmesi) işlevini gerçekleştirmektedir.

Buradan hareketle araştırmada, ilk kez genç Neandertallerin yüz iskeletlerinde gerçekleşmekte olan kemikte hücresel gelişimi (rezorpsiyon ve depozisyon) haritalamak için, hominin fosillerinde yüz gelişimi modellendi.

Growth directions of the maxilla in the Sima de los Huesos (SH) and Neanderthals compared to modern humans. This impacts facial growth in at least two ways. (i) Extensive bone deposits over the maxilla in the fossils are consistent with a strong forward growth component (purple arrows); whereas resorption in the modern human face attenuates forward displacement (blue arrow). (ii) Deposition combined with larger developing nasal cavities in the fossils displaces the dentition forward generating the retromolar space characteristic of Neanderthals and also in some SH fossils. — Maxilla’nın gelişim yönleri sırasıyla Sima de los Huesos (arkaik hominin fosillerinin bulunduğu İspanya’da bir bölge), Neandertal ve insan için gösteriliyor. Bu gelişim şekilleri yüz gelişimini iki ayrı önemli şekilde etkiliyor : (i) Fosil maxilla’larının üzerinde bulunan kemik depozitleri dışa doğru büyüme (mor oklar) ile tutarlılık gösterirken, modern insan maxilla’sındaki rezorpsiyon ileri büyümeye engel oluyor (mavi ok) (ii) Neandertaller ve bazı SH fosilleri için belirgin bir retromolar karakteristiği oluşturan – diş gelişiminin farklı yerde gerçekleşmesi- durumunu ortaya çıkarıyor.

Araştırmada yüz kemiği gelişimi modellemelerine göre Neandertallerin maxilla olarak bilinen üst çene kemiklerinin (buradaki osteoblast’lardan kaynaklı olarak dış yüzeyinden -buna ters işleyecek bir atım veya azalma süreci gerçekleşmediğinden- sürekli büyümeye devam etmesinin bir sonucu olarak) çıkıntılı bir yapıya sahip olduğu keşfedildi.

Tüm bu işleyiş insanlarda tersine işlediğinden ‘üst çenede yapım’ yerine ‘alt çenede yıkım’ diyebileceğimiz bir süreç gerçekleşiyor ve dolayısıyla Neandertallere göre daha düz bir çeneye sahip olmamıza neden oluyor.

Ekip, araştırma sırasında çok iyi şekilde korunmuş Neandertal çocuk kafatasları (Gibraltar ve güneybatı Fransa’da bulunan La Quina’dan 1926’da çıkarılmış olan) üzerinde çalıştı. Ayrıca, Neandertallerin yüz gelişimini arkaik homininlerle (insan ve Neandertallerin ortak atası olan grup) karşılaştırmak için bu gruba ait 400.000 yıllık 4 adet hominin genç-çocuk fosil koleksiyonundan (Sima de los Huesos) yararlandılar.

Hep bizden farklı bir hominin kategorisinde olduğunu düşündüğümüz Neandertaller aslında yüz gelişimi açısından bakıldığında çok eski Afrika homininleri ile bu özellikleri bakımından çok benzerler. Buna dayanarak araştırmacılar bir sonraki adımlarını, insanların diğer homininlerden farklı olan bu yüz gelişim biçimini ne zaman ve nasıl ortaya çıkardıklarını anlamak üzere atacaklar.

Kaynak :

Bilimfili,
Rodrigo S. Lacruz, Timothy G. Bromage, Paul O’Higgins, Juan-Luis Arsuaga, Chris Stringer, Ricardo Miguel Godinho, Johanna Warshaw, Ignacio Martínez, Ana Gracia-Tellez, José María Bermúdez de Castro, Eudald Carbonell. Ontogeny of the maxilla in Neanderthals and their ancestors. Nature Communications, 2015; 6: 8996 DOI:10.1038/ncomms9996

MIT kimya mühendisleri, birkaç haftadadan biraz uzun bir sürede salgılanan kemik büyüme faktörleri ile kaplı yeni bir doku iskelesi icat etti. Bu model, kemik yaralarına veya kusurlara uygulandığında vücudun hızla orijinal doku gibi görünen ve eş zamanlı olarak işlev kazanan yeni kemik formunu oluşturmasını tetikliyor.

Kaplı iskelenin bu türü, hastanın vücudunda zaman zaman yeterli kemiğin tedarik edilemediği acı dolu bir aşama olan vücudun başka bir parçasından nakli de kapsayan günümüz standart kemik hastalıkları tedavilerine etkileyici bir gelişme sundu. Araştırmacıların söylediğine göre yeni doku iskelesi; savaşta yaralanmış askerler, doğuştan kemik kusurları olan insanlar, kraniyomaksillofasiyal bozukluklar ve diş naklinden önce kemik büyütülmesine ihtiyaç duyan hastalar gibi şiddetli kemik yarası olan hastalar için yararlı olabilir. Proceedings of the National Academy of Sciences’ ta 19 Ağustos 2014’te başyazar Dr. Nisarg Shah yazısında şunu diyor:

“Bu zorlu bir tıbbi problemdi ve biz bu sorunu çözecek bir yol bulmayı denedik.”

Uyarılmış Kemik Büyümesi

Trombosit kaynaklı büyüme faktörü (PDGF) ve kemik morfojenik proteini 2 (BMP-2) kemik gelişimindeki iki büyük etmendir. Kırılma gibi durumlarda PDGF, görevi gereği iyileşme sürecinde doğrudan açığa çıkan ilk etmenlerdendir. PDGF açığa çıktıktan sonra, BMP-2 içeren diğer etmenler kemik ve yardımcı iskelet formu üretebilen hücreler tarafından kemik yenilenmesinde uygun ortamı oluşturmaya yardım eder.

Büyüme faktörleriyle kemik yaralarının iyileştirme gayreti, etkin iletimlerinin kontrollü bir şekilde yapılamamasından dolayı sınırlandırılmıştır. Büyüme faktörlerinin fazla miktarının iletimi çok hızlı olursa, tedavi alanı çabucak temizlenir ve böylece doku onarım etkisini azalır ayrıca istenmeyen yan etkiler baş gösterebilir. Hammond şöyle diyor:

“Çok yavaş olarak nanogram veya mikrogram miktarlarda büyüme faktörü salınımı istenir, miligram değil. Zedelenmiş bölgeye iletilmek üzere, kemik iliklerimizde bulunan bu yetişkin kök hücrelerini iyileştirmek, devamında ise iskele çevresinde kemik oluşturmak, ayrıca dolaşımı devam ettiren bir damar sistemi oluşturmak istenir.”

Bu olay zaman alır, büyüme faktörleri normalde birkaç gün veya hafta boyunca yavaş yavaş yayılabilir. Bu zamanlamayı kullanarak, MIT ekibi, çok ince PDGF ve BMP yüzeyi kaplanmış gözenekli bir doku yarattı. Tabaka tabaka birleştirme tekniğinin uygulanması şöyledir, öncelikle ilk tabaka yaklaşık 40 katlı BMP-2 sonrasında bunun üzerine bir diğer 40 kat PDGF ile kaplanır. Bu yöntem PDGF’nin daha çabuk yayılmasını, eş zamanlı olarak sürdürülebilir BMP-2’nin de yayılımını makul kılar ve doğal tedavi sürecinini taklit eder. Araştırma biriminin bir üyesi olmamakla beraber Michigan Üniversitesi kimya profesörü Nicholas Kotov şöyle diyor:

“Bu, yapay doku mühendisliğinin , kemikler üzerindeki asıl avantajıdır çünkü sinyal proteinlerinin salınımı yavaş ve planlı olmalıdır.”

Yapı iskelesine bir seferde yaklaşık 0.1 milimetre kalınlıkta büyüme faktörü kaplama işlemi uygulanır ve yapı iskeleleri istenildiğinde deforme olmuş kemik nakli için uygun boyutlarda bu tabakadan kesilebilir.

Etkin Tedavi

Yapı iskelesi araştırmacılar tarafından kendiliğinden iyileşemeyen yeterli büyüklükte (8 mm çapında) fare kafataslarındaki zedelenmeler üzerinde test edildi. Yapı iskelesi naklinde, büyüme faktörleri farklı oranlarda salındı. Nakilin ilk birkaç günü boyunca PDGF salınımı, yara iyileşme basamaklarının başlamasına, diğer öncü hücrelerin tedavi bölgesine hareketlenmesine yardımcı oldu. Bu hücreler, damarsal ve kemiksel iskeletin desteğinde damarlarla beraber yeni dokunun oluşumunda görevliydi.

Araştırmacıların söylemine göre, BMP çok yavaşça salınır, sonrasında bu olgunlaşmamış hücreler kemikleri üreten osteoblastlar haline gelir. Gelişim faktörlerinin her ikisi de beraberce uygulandığında, bu hücreler ameliyatı takiben 2 hafta boyunca, doğal kemik görünümünden ve mekanik işlevinden farksız bir kemik katmanı oluşturur. Hammond şöyle diyor:

“Bu kombinasyonun kullanımı bize sadece proliferasyonun hızlandırılmasına izin vermiyor. Bununla beraber kök hücreler ve öncül osteoblastların iletimini sağlayan damar dokusunu tanımlamaya da olanak sağlıyor. Böylece muntazam bir tedavi sistemini noktalanıyor.”

Bu yaklaşımın bir diğer avantajı şudur, yapı iskelesi doğada çözünebilir ve vücut içerisinde birkaç haftada parçalanabilir. PLGA olarak nitelendirilen polimer yapı modeli materyali tıbbi tedavilerde yaygın biçimde kullanımdadır. Ayrıca özgül oranda çözünmeye ayarlanabilir. Böylece araştırmacılar bu iskeleyi gerekli olduğu miktarlarda tasarlayabilir.

Hammond’un ekibi bu çalışmaya dayalı bir patent başvurusunda bulundu ve şimdiki hedefleri, bu sistemi daha büyük hayvanlar üzerinde test edebilecekleri klinik deneylere taşımak.

Bu çalışma National Institutes of Health tarafından finanse edilmiştir.

Çeviren: Güven Aydoğuş (Evrim Ağacı Okuru)

Kaynak:

ScienceDaily
N. J. Shah, M. N. Hyder, M. A. Quadir, N.-M. Dorval Courchesne, H. J. Seeherman, M. Nevins, M. Spector, P. T. Hammond. Adaptive growth factor delivery from a polyelectrolyte coating promotes synergistic bone tissue repair and reconstruction. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; DOI: 10.1073/pnas.1408035111

Etiket: kemik

Neandertal ve İnsan Yüz Gelişimindeki Fark

Vücudun Yeniden Kemik Üretebilmesini Sağlayan Bir Kemik İskelesi Üretildi!