Bir teknoloji düşünün: Organ nakli için o kadar sıra bekleyen kişilere, organ uyuşmazlığı yaşayan hastalara, organ nakli olamadığı için vefat eden hastaların olmadığı bir dünya hayaline imkân sağlasın. Hayali güzel, benim için bu alan üstüne ilerlemek hedefi daha da güzel geliyor.
Mümkün olduğunca çok yönden 3D Biyoyazıcı konusunu ele almaya çalıştım. Sadece biyoyazıcı nedir açıklayıp bırakmak istemedim. Kullanılan malzemeler, basım süreci, organ basımında aşılması gereken engeller, gelecekte bizi neler bekliyor ve ticari boyutu hakkında da bilgi verdim. Her yazıda olduğu gibi bunda da araştırırken birçok şey öğrendim. Umarım sizin için de faydalı bir yazı olur.
Peki Nedir Bu 3D Biyoyazıcı?
Dijital ortamda modellenmiş 3 boyutlu nesneleri katman katman oluşturma yoluyla katı formda somut nesnelere dönüştüren makinelere denir. 3D Biyoyazıcılar ise bu mantıkta çalışan ancak baskı malzemesi olarak canlı hücrelerin yani biyomürekkebin (bio-ink) kullanıldığı teknolojidir.
3D biyoyazıcıların kullanım alanlarından başlıcaları;
*Vücuda uyumlu titanyum gibi maddeler kullanılarak implant ve biyouyumlu protezler geliştirilmesi,
*Canlı hücreler kullanarak deri, doku üretimi yapıp ilaç, kozmetik gibi alanlarda ürünlerin test edilme aşamasında kullanılması,
*Ameliyatlar öncesinde cerrahi uygulama yapılacak bölümün 3d baskısının alınması ve bu kalıp üzerinde ameliyatı daha iyi tasarlamak,
* Doğrudan hastanın hasar görmüş dokuları üzerine uygulanan hücrelerle tahrip edilen yerleri onarmak,
*Canlı, kök hücreleri mürekkep olarak kullanıp organ, doku üretimi yapılması
Bahsedilen kullanım alanlarında büyük ilerlemeler kaydedilmiş olsa da özellikle organ üretimi, şu anda hastalarda kullanım aşamasında değil. Çünkü bu alanda aşılması gereken bazı engeller var. Yazının ilerleyen kısımlarında bu konuya da değineceğim.
Biyoyazıcı Çeşitleri
Inkjet Biyoyazıcı (mürekkep püskürtmeli): En yaygın kullanılan türüdür. Belirli miktarda biyomürekkebin önceden tanımlanmış yerlere püskürtülmesi prensibiyle çalışır.
Mikroekstrüzyon Biyoyazıcı: Genellikle X,Y ve Z eksenleri boyunca hareket edebilen, sıcaklık kontrollü malzeme iletimi ve ekstrüzyonu prensibine dayanan yazıcıdır.
Lazer Destekli Biyoyazıcı: Emici yüzey üzerine odaklı lazer kullanılarak basınç oluşturulur. Bu basınçla hücreler alt tarafta bulunan bir toplayıcı yüzeye doğru itilir.
Biyomürekkep ve Hidrojel
Biyomürekkep olarak embriyonik kök hücreler ya da doku biyopsisi yöntemi ile herhangi bir organdan elde edilen yağ, kas, sinir, kemik iliği ve bağ dokusu hücreleri kullanılır. Bi-yomürekkebin tek bir damlasında 10.00050.000 hücre bulunur.
Biyomürekkep için kullanılacak hücrelerin çoğalması için laboratuvar koşullarında gerekli ortam sağlanır. Yeterli sayıya ulaşıncaya kadar çoğaltılan hücreler biyoyazıcıların kartuşlarına doldurulur. Doku ve organın basımı sırasında püskürtülen bu hücrelerin canlılığının korunması gerekir. Bu yüzden biyomürekkep dışında başka bir şırıngada da hidrojel bulunur. Bu sıvı üst üste yığılan hücrelerin arasına yayılır ve hücrelerin etrafını kaplayarak bir kalıp oluşturur. Hidrojel sayesinde hücreler canlılıklarını korur, beslenir ve hücrelerin kurumasını önlenir. Ayrıca hidrojel hücrelere destek sağlayarak hücrelerin zamanla doku parçalarına dönüşmesini sağlar.
Biyobaskı Süreci
Biyobaskı süreci genel olarak üçe ayrılır:1- Biyobaskı öncesi: İlk olarak oluşturulacak olan organ veya doku çeşitli yöntemlerle bilgisayara aktarılır. Modelleme sırasında 3B tarayıcılarla (3D Scanner) taranarak elde edilen görüntüler veya MR, tomografi, ultrason gibi cihazlardan alınan görüntüler kullanılabilir.
2- Biyobaskı: Model hazırlandıktan sonra biyomürekkep ile birlikte basım aşaması gerçekleştirilir. Biyomürekkep damlalar halinde püskürtülürken hücreler katman katman yığılmaya başlar. Bu sırada başka bir şırıngadan püskürtülen hidrojel sayesinde basım gerçekleşir.
3- Biyobaskı sonrası: Basılan doku veya organın canlılığını devam ettirebilmesi için gerekli ortam sağlanır. Ve dokular oluştuktan sonra hidrojel ortamdan uzaklaştırılır.
3D biyoyazıcı ile ilgili Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsü'nün hazırladığı çok güzel bir video var. Videodaki yazılar daha iyi anlaşılsın diye çevirerek tekrar video üstüne ekledim. Bazı yerlerde o yüzden iki yazı birden çıkabilir 🙆
Doku ve organ basımında aşılması gereken durumlar
Bu aşamada en büyük engellerden biri organların beslenebilmesi için gereken damar yapısıdır. Üretilen bu doku veya organın canlılığını devam ettirebilmesi için besin ve oksijen iletimi yapabilmesi ve ortamdan atıkları uzaklaştırabilmesi gerekir. Vücudumuzda bu işlemler damarlar sayesinde gerçekleştirilir. Organı üretirken damar yapısını da yapabilmek için çeşitli çalışmalar yürütülmektedir.
Bir diğer engel üretilen doku veya organın görevlerini yerine getirebilecek niteliğe gelebilmesi için belli özellikler kazanması ve testlerden geçmesi gerekiyor. Mesela Fizikist’in düzenlediği etkinlikte Bahattin Hoca aort atardamarı üretmeyi başardıklarından bahsetti. Ama sadece üretmekle direk kullanıma geçilemediğinden bahsetti. Bu damarın özelliklerini de iyice oturtmanın önemi büyük. Aort damarı büyük basınçlara dayanıklı bir yapıya sahip. Üretilen bu aortun da basınca dayanıklılığı için test edilmesi gerekiyordu. Bu aşamada Bahattin Hoca ve ekibi, kalpteki o basınca eş değer olacak şekilde basınç testleri yapacaklarmış.
Bir de doku ve organlar sadece tek tip hücreden, damardan oluşmazlar. Mesela kalpte eş zamanlı kasılmayı sağlayan purkinje hücreleri, kalbi besleyen koroner damar yapıları gibi birçok işleve sahip farklı tipte hücreler, yapılar bulunur. Basım gerçekleşirken bu yapıları doğru yerlere konumlandırmak önemlidir.
Şimdi o kadar engel var dedik ama bu engelleri aşmak için de çeşitli çalışmalar yürütülüyor. Bu konuda Türk bilim insanlarının kaydettiği önemli gelişmeler var. Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Bahattin Koç, Penn State Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. İbrahim Tarık Özbolat, Stanford Üniversitende Prof. Dr. Utkan Demirci 3D Biyoyazıcı alanında önemli isimlerden.
Hatta Sdney ve Harvard Üniversitelerinden araştırmacılar hücrelerin kendilerini ayakta tutabilmeleri ve hayatta kalabilmeleri için vaskülarizasyonun gerçekleşmesine izin veren küçük kanallar olan 3D biyobaskı kılcal damarları üretmeyi başardı.
Neden Olmasın? Bizi Neler Bekliyor?
Bu engeller aşıldığında birçok hastaya umut olacak olan bu teknoloji sadece insanlara fayda sağlamayıp aynı zamanda kozmetikte hala hayvanlar üzerinde deneyler yapanların da önüne geçip artık kozmetik denemelerinin üretilen dokularda denenmesini sağlayacak.
İlaç testlerinin daha kolay yapılmasına ve daha doğru sonuçlar vermesine yardımcı olacak. Aynı zamanda kişinin kendi vücut hücreleri kullanılarak üretilecek doku ve organların hastanın vücuduna nakledildikten sonra bağışıklık sistemi tarafından reddedilme riski de en aza indirilmiş olacak. Böylece doku uyuşmazlığından dolayı organ nakli olamayan hastalara da umut olunacak.
Doku hasarı olan yapılar direk dokuya püskürtülecek hücrelerle iyileşebilecek. Kanserli hücrelerin öldürülmesinden sonra onların yerine sağlıklı hücrelerin püskürtülmesi sağlanacak.
Gelelim işin bir de ticari boyutuna! Yerli üretim olursa ne kadar büyük bir potansiyel barındırdığına!
Yerli 3d yazıcı üreticisi Zaxe firmasının sahibiyle yapılan röportajta, gelecek yıllar içinde hastanelerde 3D biyoyazıcı odalarının kurulmasından bahsediliyordu. Bu alanın bilimsel kısmı dışında ticari boyutu da önemli. Düşünün ki artık 3d organ basımı arge kısımları hallolmuş ve hastanelerde 3d organ basımı odaları kurulma aşamasında olsun. Bu odalara gerekecek yazıcı sayısı, organ üretimi için gerekli diğer malzemelerin sayısı ve bu odaların kurulacağı Türkiye’deki hastanelerin sayısı vs derken ticari olarak da eğer yerli üretim yaparsak ülkemizi çok fazla kalkındıracak bir alan biyoyazıcılar.
Eveet, yine biraz uzun bir yazının sonuna geldik 😊 Biyoyazıcılar biz biyomühendisler için müthiş potansiyeli olan bir alan. Hem araştırma boyutunda hem de işin ticari, girişimci boyutunda yer alabilirsiniz. Yeter ki kendinize güvenin. Araştırın, üretmek için çabalayın 😊
Daha detaylı bilgi almak ve araştırmak istiyorsanız aşağıdaki makale ve kitapları da inceleyebilirsiniz.
MAKALELER
TED VİDEOSU
BAZI KİTAPLAR
KAYNAKLAR
https://wyss.harvard.edu/technology/3d-bioprinting/ (VİDEONUN KAYNAĞI)
Tübitak Bilim ve Teknik Dergisi Temmuz 2018 Sayısı
Yorumlar
Yorum Gönder