4 Boyutlu Biyomühendislik Malzemeleri Normal Dokular Gibi Eğilip Bükülebiliyor!

Doku mühendisliği uzun zamandır laboratuvar ortamında yeni dokular ve hatta organlar oluşturmak için üzerine hücre ekili, geometrik olarak statik iskeleler ile çalışmak üzerine kurulu durumda. Genellikle biyobozunur polimer yapısında bulunan iskele malzemesine hücreler bağlanır ve eğer bu hücreler için uygun besinler tedarik edilirse hücrelerin üzerinde bulundukları iskele biyobozunurken bu hücreler dokuları oluşturur. Fakat bu model, dokuların normal şekilde oluşumunun altında yatan alışılmadık şekildeki dinamik morfolojik süreçleri göz ardı eder.

Chicago'daki Illinois Üniversitesi araştırmacıları, dıştan gelen tetikleyici sinyallere yanıt olarak önceden programlanmış ya da isteğe bağlı olarak defalarca şekil değiştirebilen yeni 4 boyutlu hidrojeller geliştirdi. Bu 4 boyutlu hidrojeller, uyartılara yanıt olarak zaman içerisinde şekil değiştirebilen 3 boyutlu malzemelerdir.

Advanced Science dergisinde yer alan çalışmada Eben Alsberg liderliğindeki UIC araştırmacıları bu yeni malzemelerin kendilerine karşılık gelen doğal eşlerine daha çok benzeyen ve oluşumları sırasında hareketi yönlendiren güçlere tabii tutulan dokular geliştirmeye yardımcı olmaları için kullanılabileceklerini gösterdi.^[1] Richard& Loan Hill Biyomedikal Mühendisliği Profesörü ve yayında yazışmadan sorumlu yazar olan Alsberg şöyle diyor:

Hidrojeller, zaman içerisinde birden çok defa kontrollü olarak şekil değiştirmeleri için programlanabilir ya da tetiklenebilirler. Bu strateji, gelişen ya da iyileşen dokuların uğradığı sürekli şekil değişikliklerini kısmen taklit etmek ve uyarmak için uygun olan deneysel koşulları sağlıyor. Bu strateji aynı zamanda morfogenez konusunu çalışmaya olanak sağlarken doğal dokulara daha çok benzeyen doku mimarilerinin planlanıp düzenlenmesine de yardım edebilir.

Bu yeni materyal, farklı ölçülerde şişip büzülen ve su veya kalsiyum konsantrasyonuna yanıt olarak genişleyen/uzayan çeşitli hidrojellerden oluşmaktadır. Araştırmacılar karışık katmanlama modelleri oluşturarak kümelenmiş malzemeyi katmanlar şiştikçe ve/veya büzüldükçe bir yöne ya da diğerine bükülecek şekilde yönlendirebilir. UIC (Chicago'daki Illinois Üniversitesi)'de Ortopedi, Farmakoloji, Makine ve Endüstri Mühendisliği Profesörü olan Alsberg şunları söylüyor:

Örnek vermek gerekirse mevcut kalsiyum miktarını ayarlayarak bu malzemelerin şeklini değiştirebiliriz.

Araştırmacılar, deneyleri esnasında hidrojellerin akciğerde gaz alışverişinin gerçekleştiği kısımda yer alan, küçük kese benzeri yapıya sahip alveollerin şekline benzeyen bir cep formu almalarını sağlayabildi.

Alsberg'in hidrojelleri yapılarını birden çok defa değiştirmekle kalmamakla beraber aynı zamanda hücre-uyumludur, yani hücrelere dahil edilebilirler ve bu dahil edildikleri hücreler canlı kalır. Bu, mevcut 4 boyutlu malzemelerin birçoğunun yapamayacağı bir şeydir. UIC'de doktora sonrası araştırma görevlisi ve yayının ortak yazarı olan Aixiang Ding şöyle diyor:

Eşsiz hidrojel sistemlerimizin doku mühendisliği açısından yapabileceklerinin sınırlarını zorlamayı gerçekten sabırsızlıkla bekliyoruz.