3D BİYOYAZICI VE BİYOYAZIM NEDİR?

Geçtiğimiz yazıda zaten doku organ mühendisliği ve organ yetmezliği konularını ele almıştık, o halde bu yazıda da bu konuları sürdürelim ve biyoyazım konusunu masaya yatıralım.

Biyoyazım nedir neyi amaçlar?

Doğal doku özelliklerini taklit etme amacıyla 3 boyutlu baskı tekniklerinin kullanılmasına dayanır. Deneylerde hayvan kullanımını azaltmayı ve ilaçların daha hızlı ve düşük maliyet ile üretimini amaçlar. Biyoyazım tıp dünyasına, cerrahların damarları daha az komplikasyon ile birleştirmelerine yardımcı olmak için şeker stentleri ve iyileştirilmiş ilaç dağıtım sistemleri gibi yeni gelişmeler sağlamıştır.

Şu anda halihazırda menisküs ve mesaneler basılmakta. Araştırmacılar akciğer, deri ve kıkırdak dokularının yanında böbrek karaciğer ve kalbin minyatür ve yarı işlevsel versiyonlarını üretme çabasındalar. Örneğin İspanya Carlos III Üniversitesi’nden araştırmacılar biyolojik bileşenler, kök hücreler ve insan deri hücrelerinden oluşan, biyo-mürekkep karışımı kullanılan biyo-yazıcı ile insan derisi üretti. Üretilen deri gelecekte deri nakli, yanık deri tedavisi ve yapay iç organ üretimi gibi alanlardan büyük potansiyele sahip olabilir.^[1]

Biyo-baskı İşlemi ve Aşamaları

Yazımda önce kullanılacak biyomateryaller seçilir, biyomürekkepler üretilir ve hidrojel sentezi yapılır. İşlem öncesinde ürettiğimiz hücreler hidrojel ile birleştirilir ve bu karışım belirlenen şekillere basılır. İçeriğindeki polimerlerin daha dayanıklı olması için cross-linking (çapraz bağlama) işlemi uygulanır.

- Çapraz bağlama iki ya da daha fazla molekülün kovalent bağ ile kimyasal olarak birleştirilmesi işlemidir. Genellikle UV ışık ya da iyonik çözeltiler ile işlenmesiyle elde edilir. Çapraz bağlama işlemi uygulanan polimerler, uygulanmayanlara kıyasla daha sert ve katı oluyor aynı zamanda erime noktaları daha yüksek oluyor. Neredeyse tüm sert ve katı plastikler çapraz bağlanarak elde edilmiştir.

Yazımdan sonra ise hücresel ve mekanik testler yapılarak ekilen hücrelerin olgunlaşması ve büyümesi beklenir.

Hücre Ekiminde Kullanılan Biyomalzemeler (Bioink) Nelerdir?

Biyoinkler biyo-baskıda kullanılan ve katman katman basılan malzemelerdir. Hücrelerin yaşamasına ve gelişmesine elverişli bir ortam sağlayabilen materyallerdir. Biyomürekkeplerin büyük bir kısmı hidrojel denen su zengini moleküllerden oluşur. Bazı biyoinkler tek tip hücreden oluşabilirken bazıları farklı tip hücreleri birleştirebilmek için daha karmaşık yapılar oluşturur. İçeriğinde hücresel malzeme, destek iskelesi ve katkı maddeleri (büyüme faktörleri, sinyal molekülleri) bulunur. Yani bir scaffold (doku iskelesi) üzerinde görülen çizgiler büyüme faktörleri de olabilir herhangi bir protein ya da yalnızca hücre de olabilir.

Biyoyazıcı Türleri Nelerdir?

Biyoyazıcılar 3 farklı tipten oluşur:

• Mürekkep püskürtmeli (damlacık temelli) ,
• Mikro ekstrüzyon (sıkma temelli),
• Lazer tabanlı,

Mürekkep püskürtmeli: Maliyet açısından en uygun biyoyazıcı olmasına karşın düşük viskoziteli materyallerle sınırlıdır.

Mikro ekstrüzyon: Pnömatik ve mekanik olarak ikiye ayrılan bu tipte farklı viskoziteli materyaller ayarlanabilen basınç ile püskürtülür. Yapılar önce hidrojel ile basılır ve daha sonra katılaştırılır. Katılaştırma işleminde farklı teknikler uygulanır UV ışık ile, kimyasal karışımlar eklenerek ya da fiziksel işlemler ile yapı sertleştirilir.

Lazer tabanlı: Bu biyoyazıcı tipinde malzeme bulunduğu solüsyondan yüzeye lazer aracılığıyla taşınır. Viskozitesi daha yüksek materyallerin taşınımına izin verir ancak lazerin ısısı malzemenin içindeki hücrelere zarar verebileceğinden dikkatli olunması gerekir.

Tam anlamıyla bir organı baştan yaratamamanın nedenleri kafa karıştırabiliyor, hemen açıklık getirelim. Doku ve organ üretimi çalışmalarında karşılaşılan en büyük problemlerden birisi oksijen ve besinin gerçek boyuttaki bir organa nasıl tedarik edileceği. İşte tam da bu nedenle doku ve organ mühendisliği alanında en büyük başarılar mesane ve menisküs gibi süz ve içi boş yapılardan elde edildi.

Farklı tip dokuların biraraya getirilmesi ve aralarındaki etkileşimlerin karmaşıklığından dolayı bile şu an için tam işlevsel kompleks bir organın üretimi zor görünüyor. Mesane gibi daha basit organların üretimi mümkün çünkü bu tür basit organlarda damarlaşma veya farklı tip doku içeriği daha az. Bu sebeple, biyoyazım alanındaki ilerlemelerle birlikte gelecekte daha karmaşık organların üretimi de adım adım gerçekleştirilebilecektir.