Carnegie Mellon Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı Science dergisinde yayımladıkları çalışmalarında, insan vücudunun temel yapıtaşı olan kolajeni kullanarak 3 boyutlu (3B) dokular basılmasını sağlayan yeni bir tekniğin detaylarına yer verdi. Türünün ilk örneği olan bu yöntem, doku mühendisliğini, gerçek ölçülerde yetişkin insan kalbinin 3B basılmasına bir adım daha yaklaştırıyor.
Asıltı Hidrojellerin Serbest Biçimli Geriçevrilebilir Gömülmesi (İngilizce, Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels; FRESH) olarak bilinen yeni yöntem, araştırmacıların, var olan 3B biyobaskı tekniklerinin karşılaştığı birçok zorluğu aşmasına imkân vermiş ve yumuşak ve canlı malzeme kullanarak, bugüne kadar eşi görülmemiş bir çözünürlük ve aslına uygunluk elde etmelerini sağlamıştır.
İnsan vücudundaki bütün organlar, örneğin kalp, hücre dışı matriks (HDM) adı verilen biyolojik iskelet tarafından bir arada tutulan özelleşmiş hücrelerden oluşur. Bu HDM protein ağı, hücreye yapısını verir ve hücrelerin normal fonksiyonlarını yerine getirmesi için ihtiyacı olan biyokimyasal sinyalleri sağlar. Bugüne kadar bu karmaşık HDM mimarisini var olan geleneksel biyoüretim teknikleriyle yeniden üretmek mümkün değildi.
Carnegie Mellon Üniversitesi’nde Biyomedikal Mühendisliği ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan, bu çalışmayı yapan laboratuvarın yöneticisi Adam Feinberg, “Çalışmamızda hücre ve kolajen kullanarak, gerçekten çalışan, kalbin, kalp kapakçığı veya atan küçük bir odacığı gibi parçalarını basabileceğimizi gösterdik. Bir insan kalbine ait MRI verilerini kullanarak, hastaya özel anatomik yapıyı yeniden üretmeyi ve 3B biyoyazıcıda kolajen ve insan kalp hücrelerini basmayı başardık” diye belirtiyor.
Dünya çapında kalbe ihtiyacı olan, ancak nakil listesine girmeye uygun olmayan milyonlarca insan bulunuyor. Organ replasmanına olan ihtiyaç çok büyük ve onarılabilen, desteklenebilen, ya da uzun vadeli organ fonksiyonunun yerine geçebilen yapay organlar üretmek için yeni yaklaşımlara ihtiyaç var. Carnegie Mellon Üniversitesi’nde Biyoüretim Organ Girişimi’nin bir üyesi olan Feinberg, bu zorlukları, doğal organ yapılarına daha çok benzeyen, yeni nesil biyoüretim organlar kullanarak aşmak için çalışıyor.
Feinberg’in laboratuvarında biyomedikal mühendisliği doktora öğrencisi ve makalenin ortak-birinci yazarı olan Andrew Hudson, “Kolajen 3B baskı için oldukça arzu edilen bir biyomalzeme, çünkü vücudunuzdaki bütün dokular ondan oluşuyor. Bununla birlikte kolajeni 3B basmayı bu kadar zor kılan, malzemenin sıvı olarak basıma başlaması. Dolayısıyla eğer açık havada basmayı denerseniz, basım platformunda yalnızca bir birikinti oluşturacaktır. Bu sebepten biz kolajenin basım sırasında deforme olmasını önleyen bir yöntem geliştirdik” diye açıklıyor.
Feinberg’in laboratuvarında geliştirilen FRESH 3B biyobasım yöntemi, kolajenin jel bir destek banyosuna katman katman dökülmesini sağlayarak, kolajenin destek banyosundan çıkarılmadan önce yerinde katılaşmasına olanak veriyor. Bu yöntem ile basım işlemi bittikten sonra, sıcaklık oda sıcaklığından vücut sıcaklığına yükseltilerek destek jeli kolaylıkla eritiliyor. Böylelikle araştırmacılar, kolajen veya hücreler kullanılarak basılan yapıya zarar vermeden, yapıyı destek jelinden ayırabiliyorlar.
Bu yöntem 3B biyobasım dünyası için gerçekten çok heyecan verici, çünkü kolajen iskeletlerinin insan organları ölçüsünde basılmasına olanak sağlıyor. Ayrıca, bu yöntem sadece kolajen ile sınırlı değil. Fibrin, aljinat ve hiyalüronik asit gibi çok çeşitli başka yumuşak jeller de FRESH tekniği kullanılarak 3B basılabilir, böylelikle güçlü ve uyumlu doku mühendisliği uygulama alanları sağlanabilir. Daha önemlisi, buna ek olarak araştırmacılar açık kaynak tasarımları geliştirdiler; böylece medikal laboratuvarlardan lise bilim laboratuvarlarına hemen herkes yüksek performanslı 3B biyoyazıcılara erişebilir ve üretebilir.
Yara onarımından organ biyomühendisliğine rejeneratif tıbbın birçok alanında FRESH’in uygulaması olacaktır; ancak FRESH büyümekte olan biyoüretim dalının sadece bir parçası. Feinberg son olarak, “Burada aslında sözünü ettiğimiz şey teknolojilerin birleşmesi. Sadece benim laboratuvarımda biyobasım alanında yaptıklarımız değil, aynı zamanda kök hücre bilimi, makine öğrenimi ve bilgisayar simülasyonunun yanı sıra yeni 3B biyobaskı yazılım ve donanım alanlarında çalışan diğer laboratuvarların ve küçük şirketlerin biyobasım dalında yaptıklarının bir araya gelmesi. Bu çalışmaların henüz yolun çok başında olduğunun ve daha çok uzun yıllar araştırma yapılması gerektiğinin anlaşılması önemli. Ancak fonksiyonel insan doku ve organları üretmeye doğru gerçek bir ilerleme kaydettiğimiz ve bu çalışmada bu yönde atılan bir adım olduğu için hâlâ heyecan duyulmalı” diyor.
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190801142542.htm
