52 Hafta Bilim / 3. Hafta — Doku Muhendisligi ve Bioprinting

Yiğitcan Sümbelli
Sep 4, 2018 · 5 min read

Merhaba. 52 Hafta Bilim yazi serisinin 3. hafta yazisini okuyorsunuz. Gectigimiz hafta tatil rehaveti ve sonrasinda gelen surdurulebilirlik sorunlarindan bahsetmistik. Bu yaziya linkten ulasabilirsiniz. Bu hafta doku muhendisliginden bahsedip bioprinting konusuna kisa bir ozet seklinde giris yapacagiz.

Scaffold | Doku iskelesi

2001 yilinda dunya genelinde yasanan olaylari internette arattigimiz zaman genelde benzer sonuclarla karsilasiyoruz; donemin Amerika Birlesik Devletleri baskani George W. Bush’un iklim degisikligine karsi bir takim onlemlerin alinmasi ve cevre korunmasina dair maddelerin yer aldigi Kyoto Protokolu’nu imzalamayi reddetmesi, 11 Eylul teror saldirilari, Harry Potter serisinin ilk filminin gosterime girmesi, Insan Genomu projesi ve hatta Wikipedia’nin yayin hayatina baslamasi. Fakat gozden kacan cok onemli bir olay daha yasandi o yil. Dr. Anthony Atala, laboratuvar ortaminda gelistirdigi yapay mesaneyi Lucas Massella adinda bir hastasina basarili bir sekilde nakletti. Bu, gelecegin en onemli arastirma konularindan olacak olan doku/organ muhendisligi icin bir donum noktasi idi!

Peki neden bu kadar onemli bir olay bu?

Bugun insan olumleri incelendigi zaman, cesitli hastaliklar sebebiyle olusan organ yetmezliginin cozulemeyen en onemli sorunlarin basinda yer aldigi goruluyor. Yalnizca Turkiye icin, saglik bakanliginin raporuna gore yaklasik 26000 hasta, organ nakil listesinde beklemekte; ve su an icin organ kaynagi yalnizca bagislanan organlar. Saglik bakanliginin raporu, 2018 yili icin yaklasik 4000 organ naklinin gerceklestigini soyluyor; bekleyen hasta sayisinin yaklasik %15'i!

Iste 2001 yilinda gerceklesen bu donum noktasi, tam da bu sorun icin bir cozum umudu tasimakta. Laboratuvar ortaminda gelistirilen organlar, organ bekleyen hastalara bir umut olabilir.

Dr Atala ve organ muhendisliginden bahsettigi meshur TED konusmasi

Elbette doku muhendisliginin ilgilendigi tek konu organ uretimi degil. Hayvan deneylerinin yerini alabilecek arastirmalar da mevcut. Uretilen yapay dokular, gelistirilen teknolojilerin denenmesi amaciyla (yeni ilaclarin test edilmesi gibi) kullanilabilir ve bu sayede hayvan deneylerine duyulan ihtiyac onemli oranda ortadan kaldirilabilir.

‘Bioprinting’ konulu yazilarda ileride daha detayli bir sekilde bahsedecegimiz ‘yeterli damarlasmanin saglanamamasi’ gibi bazi problemlerden dolayi doku muhendisliginin klinik uygulamalari henuz sinirli. Gunumuzde mesane, cesitli damarlar, cilt yamalari ve kikirdak dokunun doku muhendisligi teknikleri ile uretimi ve klinik uygulamalari gorulse bile bir soluk borusu nakli orneginde karsilasildigi uzere, islemlerin risk ve maliyeti oldukca yuksek (en azindan su an icin).


Bioprinting bu uygulamalarin neresinde yer aliyor?

Doku muhendisligi uygulamalari gecmisten gunumuze bazi farkli teknikler kullanilarak gerceklestirilmekte. Evde kullandigimiz murekkep puskurtmeli yazicilarin kullanimindan tutun, elektrik akimi yardimiyla fiber uretilerek hucreler icin uygun bir ortamin saglanabilecegi electrospinning kullanimina kadar uzanan cesitli teknikler bunlar. (Doku muhendisliginde kullanilan tekniklerin daha detayli anlatimlarina yazinin sonunda paylastigim ‘ileri okumalar’ adi altindaki kaynaklardan ulasabilirsiniz.)

Bioprinting de bu farkli uygulamalardan birisi. Digerlerine gore daha guncel olmasi sebebiyle farkli uygulamalara oldukca musait bir teknik. Tip doktorlari, kimyagerler, malzeme muhendisleri, biyologlar ve hatta fizikcilere kadar uzanan farkli disiplinlerde calisan arastirmacilari bir araya getiren bir konu.

Temeli, 3 boyutlu yazicilarin calisma prensibine dayanmakta. Bir materyaliniz var ve bu materyali ici bos bir igne yardimiyla katman katman ilerleyerek (her bir katmani ust uste bindirerek | basarak) 3 boyutlu yapiyi elde ediyorsunuz.

Katman katman bioprinting islemi

Kullandiginiz materyalin icerisine hucre eklediginiz zaman (veya daha sonra uzerine hucre ektiginiz zaman), bu islemin adi bioprinting olmus oluyor.

CAD ile olusturulmus ve bioprinting icin hazir bir kemik yapisi | olusturulan seklin katman katman oldugunu gozden kacirmayin

Bioprinter ile hedeflediginiz yapiya ulasmak amaciyla bilgisayar destekli tasarim (Computer Aided Design | CAD) uygulamalari kullaniliyor. Ornegin bir kemigin MR veya rontgen goruntusunu kullanarak CAD sayesinde bioprinterinizin o goruntude bir yapi basmasini saglayabilirsiniz. Fakat en temelde, bu yazinin girisinde gorulen ve scaffold | doku iskelesi adi verilen yapilar kullaniliyor. Scaffold uzerinde gordugunuz cizgiler, icerisinde biyomateryaller barindiriyor. Bunlar buyume faktorleri de olabilir, herhangi bir protein de olabilir, yalnizca hucre de olabilir.

Canli hucreler ile calisildigi icin kullanilan materyal, bioprinting calismalarinin en onemli bileseni konumunda. Hucrelerin yasamasina ve gelismesine elverisli bir ortam saglayabilen bu materyallere bioprinting terminolojisinde bioink adi veriliyor.

Yani kisaca, bioink kullanarak bir bioprinter araciligiyla hedeflediginiz yapiyi katman katman basiyorsunuz. Basma islemi yapiya bagli olarak dakikalar da surebilir, gunler de…

Basim islemi bittikten sonra kullandiginiz hucre tipine ve bioink olarak kullandiginiz materyallere gore bazi islemler yapmaniz gerekebilir. Bioink olarak kullanilan materyal ayni zamanda ince bir igne ucundan gecebilecek akiskanlikta olmali. Bu ozellik cok onemli bir sorunu da beraberinde getirmekte; bastiginiz sekilde katman sayisi arttikca, katmanlar akarak istenen yapisal formun bozulmasina sebep olacak. Bu sebeple bioprinting islemi esnasinda veya islem bittikten sonra yapisal saglamligin uzun sureler boyunca korunabilmesi amaciyla bazi islemler yapmaniz gerekmekte (ileri okuma; cross-linking | capraz baglanma).

Yapi uzun sure boyunca formunu korumali ki, icerisinde bulunan hucreler cogalarak istediginiz dokunun olusmasini saglasinlar. Bu sure haftalar boyunca surebilmekte.

Yaptiginiz islem sonucunda yapisini koruyan bioink, ayni zamanda belli bir sure sonra bozunarak vucut disina da atilmali! Yani hem uzun sure dayanacak, hem de aslinda o kadar da uzun sure dayanmayacak. Bu dengeyi saglayabilmek, en az bioink materyali secimi kadar onemli bir nokta. Bu surec boyunca hucrelerinizin cogalarak doku olusturabilmeleri amaciyla onlari beslemeli ve gerekli atmosferde tutmalisiniz. Bunun icin bastiginiz yapiyi hucre kulturu ortamina almalisiniz (ileri okuma; hucre kulturu).

Butun bu islemlerin tamamlanmasi genelde birkac hafta suruyor.


Bioprinting islemine kisa bir ozet gecmek gerekirse;

- Icinde hucre bulunan ve bioink adi verilen malzemeyi, bioprinter araciligiyla katman katman basarak CAD adi verilen programlar sayesinde olusturdugunuz sekilde elde ediyorsunuz. Bu bir kemik de olabilir, basit bir scaffold da.

- Bioprinting isleminden sonra yapinin belli bir sure icin bozulmamasi amaciyla cross-link | capraz baglama adi verilen bir islem uyguluyorsunuz.

- Hucrelerin cogalarak istediginiz dokuyu olusturmalari icin bastiginiz yapiyi hucre kulturu ortamina aliyorsunuz.

- Voila! Eger her sey yolunda gittiyse elinizde, kullandiginiz hucre tipine bagli olarak, canli bir doku var!


Bu hafta doku muhendisliginden baslayarak bioprinting basligina giris yapmis olduk. Ilerleyen yazilarda yukarida bahsedilenler uzerinden ilerleyerek bioprinting konusunu daha detayli bir sekilde inceleyecegiz.

Onumuzdeki hafta kisa bir yolculuga cikiyorum. Farkli bir sehirde bir kongreye katiliyoruz laboratuvar ekibi olarak. Bir sonraki yazinin da konusu belli olmus oluyor haliyle.

Gorusmek uzere!


Doku muhendisligi

Cross-linking | Capraz baglama

Hucre kulturu

Yiğitcan Sümbelli

Written by

Biochemistry MSc. | Working on 3D Bioprinting and Lab-on-Chip

Welcome to a place where words matter. On Medium, smart voices and original ideas take center stage - with no ads in sight. Watch
Follow all the topics you care about, and we’ll deliver the best stories for you to your homepage and inbox. Explore
Get unlimited access to the best stories on Medium — and support writers while you’re at it. Just $5/month. Upgrade