Carnegie Mellon Üniversitesi’ndeki araştırmacılardan oluşan bir ekip, Science Dergisi’nde kişinin 3D biyografi dokusuna insan vücudundaki ana yapısal protein olan kolajen dışından yapıştırabilmesine olanak tanıyan yeni bir tekniğin ayrıntılarını içeren bir bildiri yayınlamıştır. Türünün ilk örneği olan bu teknik, doku mühendisliği alanında tam boyutlu yetişkin bir insan kalbinin ayrıntılı 3D baskısını alabilmek için bizi bir adım daha hedefe yaklaştıracaktır.
FRESH olarak bilinen teknik, araştırmacıların mevcut 3D biyo-baskı yöntemleriyle ilgili birçok zorluğun üstesinden gelmesine, yumuşak ve canlı malzemeler kullanarak eşi görülmemiş bir çözünürlüğe ve görüntülemede asıl boyutlara ulaşmalarına olanak sağlamıştır.
Kalp gibi insan vücudundaki organların her biri, hücre dışı matriks (ECM) adı verilen biyolojik bir iskele tarafından bir arada tutulan özel hücrelerden meydana gelmektedir. Bu ECM proteinleri ağı, hücrelerin normal fonksiyonlarını yerine getirmek için ihtiyaç duydukları yapıyı ve biyokimyasal sinyallerin oluşumunu sağlamaktadır. Ancak, şimdiye kadar bu karmaşık ECM mimarisini geleneksel biyofabrikasyon yöntemlerini kullanarak yeniden inşa etmek mümkün olmamıştır.
Biyomedikal Mühendislik (BME) profesörü Adam Feinberg, “Gösterdiğimiz aslında kalp kapaklarındaki hücrelerden ve kolajenlerden, kalp kapakçığı ya da küçük bir ventrikül gibi gerçekten işleyen parçaları yazdırabildiğimizdir. Bir insan kalbinin MRI verilerini kullanarak, hastaya özgü anatomik yapının ve 3D biyografik kolajeninin ve insan kalp hücrelerinin doğru bir şekilde kopyasını çıkartabildik” demiştir.
Dünya genelinde Milyonlarca Hasta Kalp Nakli İçin Bekliyor
Yalnızca Amerika Birleşik Devletleri ‘ndeki 4000’den fazla hasta kalp nakli için beklerken, dünya çapında da milyonlarca insan kalp nakline ihtiyaç duymakta ancak kalp nakline elverişsiz oldukları için bekleme listesi için de kabul edilmemektedirler.
Organ değiştirme ihtiyacı duyan insan sayısı çok fazladır. Uzun vadeli bozulan organ fonksiyonlarını onarabilen, tamamlayabilen veya değiştirebilen yapay organları yapılandırmak için de yeni yaklaşımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Feinberg ise bu zorlukları daha çok doğal organ yapılarını birbiriyle eşleyen yeni nesil biyo-mühendislik organları ile çözüme ulaştırmaya çalışmaktadır.
Feinberg’in laboratuarında öğrenci olan Andrew Hudson, “Kolajen, 3D baskı için son derece arzu edilen bir biyomateryaldir. Çünkü vücudunuzdaki her bir dokuyu kelimenin tam anlamıyla o oluşturur. 3D baskı yapmayı aslında bu kadar zorlaştıran şey, başlangıcın akışkan olmasıdır.- Bu yüzden eğer bunun havada baskısını çıkartmaya çalışırsanız, sadece yapı platformunuzda bir sıvı birikintisi oluşumuna sebep olursunuz. İşte bu yüzden biz de deforme olmasını engelleyen bir teknik geliştirdik.”şeklinde bir açıklamada bulunmuştur.
Feinberg’in laboratuvarında geliştirilen FRESH 3D bio-baskı metodu, kolajenin, bir jel banyosu içinde kat-tabaka olarak birikmesini sağlar. Bu da kolajene, destek banyosundan çıkarılmadan önce yerinde katılaşma şansını verir. FRESH ile birlikte destek jeli, baskı tamamlandıktan sonra jelin oda sıcaklığından vücut sıcaklığına ısıtılmasıyla kolayca eritilebilir. İşte bu şekilde araştırmacılar destek jelini, kolajen veya hücrelerden yapılmış 3D biyo-baskı yapısına zarar vermeden çıkartabilmektedirler.
Bu yöntem 3D biyo-baskı alanında yapılacak çalışmalar için oldukça heyecan vericidir. Çünkü kolajen yapı iskeleleri,insan organlarının geniş ölçeklerde basılmasına olanak sağlamaktadır. Ayrıca sadece kolajen ile de sınırlı bir baskı tekniği değildir. Farklı çeşitlerde diğer yumuşak yapıdaki jeller de yine FRESH tekniği kullanılarak 3D biyo-baskı edilebilir. Bizlere sağlam, doğru uyarlanabilir bir doku mühendisliği platformu da sunar.
Yüksek performanslı 3D biyo-baskı yazıcıları
Daha da önemlisi, araştırmacılar ayrıca açık kaynaklı tasarımlar geliştirdiler; böylece tıp laboratuvarlarından lise fen derslerine kadar hemen hemen herkes düşük maliyetli, yüksek performanslı 3D biyo-baskı yazıcılarını kendi imkanları dahilinde kurabilecek. Bunlara erişim sağlayabilecektir. İleriye bakacak olursak FRESH, yara onarımından tutun da organ biyo-mühendisliğine kadar, rejeneratif tıbbın birçok alanında uygulamalara sahip olmasına rağmen hala büyüyen biyo-fabrikasyon alanının sadece bir parçasıdır.
Feinberg, “Gerçekten de bahsettiğimiz bu teknik aslında diğer teknolojilerin de bir çakışmasıdır. Yani sadece laboratuvarımda yapılan bio-yazıcı değil, aynı zamanda kök hücre bilimi, makine öğrenimi ve bilgisayar simülasyonu alanındaki diğer laboratuvarlardan, küçük firmalardan ve ayrıca yeni 3D bio-yazıcı donanım ve yazılımlarından yararlanan bir teknoloji tekniği” demiştir.
Ayrıca Feinberg, “Burada asıl önemli olan, hala yapılması gereken uzun yıllar sürecek araştırmaların olduğunu bilmektir. Ancak elbette mühendislik alanında işlevsel insan doku ve organları konusunda gerçek bir ilerleme kaydettiğimiz hala bir heyecan kaynağı olmalıdır. Ve bu bildiri de bizim bu yol boyunca attığımız bir adım olacaktır” diye ekleme yapmıştır.
beyinsizler.net
Orijinal Kaynak Linki:https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190801142542.htm
