Kemik İskelesi, Vücudun Yeniden Kemik Üretebilmesini Sağlıyor!

MIT kimya mühendisleri, birkaç haftadan biraz uzun bir sürede salgılanan kemik büyüme faktörleri ile kaplı yeni bir doku iskelesi icat etti. Bu model, kemik yaralarına veya kusurlara uygulandığında vücudun hızla orijinal doku gibi görünen ve eş zamanlı olarak işlev kazanan yeni kemik formunu oluşturmasını tetikliyor. 

Kaplı iskelenin bu türü, hastanın vücudunda zaman zaman yeterli kemiğin tedarik edilemediği acı dolu bir aşama olan vücudun başka bir parçasından nakli de kapsayan günümüz standart kemik hastalıkları tedavilerine etkileyici bir gelişme sundu. Araştırmacıların söylediğine göre yeni doku iskelesi; savaşta yaralanmış askerler, doğuştan kemik kusurları olan insanlar, kraniyomaksillofasiyal bozukluklar ve diş naklinden önce kemik büyütülmesine ihtiyaç duyan hastalar gibi şiddetli kemik yarası olan hastalar için yararlı olabilir. Proceedings of the National Academy of Sciences' ta 19 Ağustos 2014'te başyazar Dr. Nisarg Shah yazısında şunu diyor: 

Bu zorlu bir tıbbi problemdi ve biz bu sorunu çözecek bir yol bulmayı denedik.

Uyarılmış Kemik Büyümesi 

Trombosit kaynaklı büyüme faktörü (PDGF) ve kemik morfojenik proteini 2 (BMP-2) kemik gelişimindeki iki büyük etmendir. Kırılma gibi durumlarda PDGF, görevi gereği iyileşme sürecinde doğrudan açığa çıkan ilk etmenlerdendir. PDGF açığa çıktıktan sonra, BMP-2 içeren diğer etmenler kemik ve yardımcı iskelet formu üretebilen hücreler tarafından kemik yenilenmesinde uygun ortamı oluşturmaya yardım eder. Büyüme faktörleriyle kemik yaralarının iyileştirme gayreti, etkin iletimlerinin kontrollü bir şekilde yapılamamasından dolayı sınırlandırılmıştır.

Büyüme faktörlerinin fazla miktarının iletimi çok hızlı olursa, tedavi alanı çabucak temizlenir ve böylece doku onarım etkisini azalır ayrıca istenmeyen yan etkiler baş gösterebilir. Hammond şöyle diyor: 

Çok yavaş olarak nanogram veya mikrogram miktarlarda büyüme faktörü salınımı istenir, miligram değil. Zedelenmiş bölgeye iletilmek üzere, kemik iliklerimizde bulunan bu yetişkin kök hücrelerini iyileştirmek, devamında ise iskele çevresinde kemik oluşturmak, ayrıca dolaşımı devam ettiren bir damar sistemi oluşturmak istenir.

Bu olay zaman alır, büyüme faktörleri normalde birkaç gün veya hafta boyunca yavaş yavaş yayılabilir. Bu zamanlamayı kullanarak, MIT ekibi, çok ince PDGF ve BMP yüzeyi kaplanmış gözenekli bir doku yarattı. Tabaka tabaka birleştirme tekniğinin uygulanması şöyledir, öncelikle ilk tabaka yaklaşık 40 katlı BMP-2 sonrasında bunun üzerine bir diğer 40 kat PDGF ile kaplanır. Bu yöntem PDGF'nin daha çabuk yayılmasını, eş zamanlı olarak sürdürülebilir BMP-2'nin de yayılımını makul kılar ve doğal tedavi sürecinini taklit eder. Araştırma biriminin bir üyesi olmamakla beraber Michigan Üniversitesi kimya profesörü Nicholas Kotov şöyle diyor: 

Bu, yapay doku mühendisliğinin, kemikler üzerindeki asıl avantajıdır çünkü sinyal proteinlerinin salınımı yavaş ve planlı olmalıdır.

Yapı iskelesine bir seferde yaklaşık 0.1 milimetre kalınlıkta büyüme faktörü kaplama işlemi uygulanır ve yapı iskeleleri istenildiğinde deforme olmuş kemik nakli için uygun boyutlarda bu tabakadan kesilebilir. 

Etkin Tedavi 

Yapı iskelesi araştırmacılar tarafından kendiliğinden iyileşemeyen yeterli büyüklükte (8 mm çapında) fare kafataslarındaki zedelenmeler üzerinde test edildi. Yapı iskelesi naklinde, büyüme faktörleri farklı oranlarda salındı. Nakilin ilk birkaç günü boyunca PDGF salınımı, yara iyileşme basamaklarının başlamasına, diğer öncü hücrelerin tedavi bölgesine hareketlenmesine yardımcı oldu. Bu hücreler, damarsal ve kemiksel iskeletin desteğinde damarlarla beraber yeni dokunun oluşumunda görevliydi. 

Araştırmacıların söylemine göre, BMP çok yavaşça salınır, sonrasında bu olgunlaşmamış hücreler kemikleri üreten osteoblastlar haline gelir. Gelişim faktörlerinin her ikisi de beraberce uygulandığında, bu hücreler ameliyatı takiben 2 hafta boyunca, doğal kemik görünümünden ve mekanik işlevinden farksız bir kemik katmanı oluşturur. Hammond şöyle diyor:

Bu kombinasyonun kullanımı bize sadece proliferasyonun hızlandırılmasına izin vermiyor. Bununla beraber kök hücreler ve öncül osteoblastların iletimini sağlayan damar dokusunu tanımlamaya da olanak sağlıyor. Böylece muntazam bir tedavi sistemini noktalanıyor.

Bu yaklaşımın bir diğer avantajı şudur, yapı iskelesi doğada çözünebilir ve vücut içerisinde birkaç haftada parçalanabilir. PLGA olarak nitelendirilen polimer yapı modeli materyali tıbbi tedavilerde yaygın biçimde kullanımdadır. Ayrıca özgül oranda çözünmeye ayarlanabilir. Böylece araştırmacılar bu iskeleyi gerekli olduğu miktarlarda tasarlayabilir. 

Hammond'un ekibi bu çalışmaya dayalı bir patent başvurusunda bulundu ve şimdiki hedefleri, bu sistemi daha büyük hayvanlar üzerinde test edebilecekleri klinik deneylere taşımak...