İNSAN VÜCUDUNDAKİ TEKNOLOJİ: DOKU MÜHENDİSLİĞİ VE 3D BIOPRINTING
Vücudumuz, karaciğerdeki hepatik dokulardan akciğerdeki hassas bronşlara, arter ve damar ağından beyindeki gelişmiş sinir ağına kadar çok sayıda karmaşık yapıdan oluşur. Mükemmel bir şekilde işleyen bu sistemdeki arıza ve hatalar hücresel çapta görülebileceği gibi, dokusal hatta organsal boyutlara kadar da ulaşabilir. Böyle bir durumda hasarlı doku veya organın yerine sağlıklı şekilde çalışan bir kopya getirilmesi gerekir.
Canlı ve tıkır tıkır çalışan bir doku veya organın kopyasının bulunmasının veya naklinin zorluklarını göz önünde bulundurduğumuzda, alternatif teknolojilere başvurmanın gerekliliğini daha iyi anlayabiliriz. Bu noktada ise gelişen teknolojilerle beraber bize canlı dokuları yapay olarak inşa etme fikrini sunan bir alan gözümüze çarpıyor: Doku mühendisliği.
Doku mühendisliği, herhangi bir şekilde zarar görmüş dokuları onarmak veya çoğaltmak için doku veya organ kopyaları üretmeyi amaçlayan ve gelişmiş teknolojilere ev sahipliği yapan bir alan. Günümüzde organ ve doku naklinin zorluğu ve maliyeti, bilim dünyasını gelişmiş teknolojiler kullanmaya itiyor. Birçok farklı alanda kullanılmaya başlanan 3D yazıcılar ise bu teknolojilerin başında geliyor. Üretim sırasında özel ekipman gerektirmeyişi, iş gücünü azaltması, ürünün kalite etki edebilmesi ve gerektiğinde kullanılan ham madde içeriğinin kolayca ayarlanabilmesi gibi özellikleri bu tip teknolojilerin doku mühendisliğinde kullanılmasını kolaylaştırıyor.
Neden Bioprinting?
Bioprinting ya da biyobaskı, genel olarak “yaşayan canlı hücreleri içeren malzemelerle 3D baskı teknolojisinin kullanılması” olarak tanımlanıyor, buradan da anlaşıldığı üzere bioprinting sürecinde belirli hücre kaynakları kullanılıyor. Bu hücre kaynaklarının yanında, hücrelerin yapışmasını, çoğalmasını ve yayılmasını destekleyen, spesifik doku büyümesini sağlayan biyomürekkepler de biyobaskı teknolojisinde oldukça önemli. Bioprinting sürecinde kullanılan tekniğin, tasarlanan biyomürekkebin ve hücre kaynağının kombinasyonunun doku üretiminin kalitesine doğrudan etki ettiğini söylemek mümkün.
3D bioprinting, doku mühendisliği ve rejeneratif tıp alanında karmaşık biyolojik yapıların üretilmesi için umut verici yeni bir yaklaşım olarak görülüyor. 3D yazıcıların tarihine baktığımızda, Amerikalı mühendis Charles Hull’un bilgisayar destekli bir tasarımı (CAD) ile katı nesneler oluşturabilen ilk 3D yazıcıyı 1980’lerin başında yaptığı biliniyor. O zamanlarda canlı hücreler kullanılarak baskı yapılması hayal bile edilememiş olsa da günümüzde 3D bioprinting, organ baskısının yanı sıra ilaç taraması, hastalık modellemesi ve in vitro doku modelleri üretmek için kullanılabiliyor.
Bioprinting uygulamalarında, kemik iliğinden türetilen kök hücreleri ifade eden MSC’ler, çeşitli hücrelere farklılaşma kapasitesine sahip olmaları sebebiyle yaygın olarak tercih ediliyor. MSC’ler kullanılarak osteosit, kondrosit ve hepatosit gibi bazı dokuların üretimi sağlanabiliyor. Bu da bize bioprinting teknolojisinin az maliyetle canlı doku üretiminde nasıl kolaylık sağladığını gösteriyor.
Bu kolaylıkların yanı sıra bioprinting sürecinde bazı hususlara dikkat edilmesi gerekiyor. Baskı sürecinde canlı hücrelerle çalışılıyor olması, sınırlayıcı bir faktör teşkil ediyor ve sürece uyumlu malzeme bulmak, stabil üretim koşullarını sağlamak zorlaşıyor. Ayrıca uzun süreli hücre canlılığını desteklemek için gereken koşullar, baskı sırasında optimum düzeyde sağlanamıyor. Bu nedenle, hücrelerin mümkün olduğunca hızlı bir şekilde metabolik ihtiyaçlarını karşılayan, oksijen ve besin kaynağı olan bir ortama transfer edilmesi gerekiyor. Yani baskı sürecinin hızlı bir şekilde gerçekleşmesi gerekiyor.
Yakın Gelecekte Bioprinting
Bioprinting sürecinde kullanılan biyomürekkepler ve çalışılan tekniklerin uzun dönemde gelişmesiyle birlikte, daha detaylı doku hatta organ üretimi yapılabileceği, ilaç dağılım sistemleri değiştirilmiş doku ve organ üretiminin sağlanabileceğine inanılıyor. Peki bu ilerlemeler bizim için avantaj mı yoksa dezavantaj mı oluşturacak? Bu gelişmelerle beraber, kullanılacak teknolojilerin maliyetinin artacağını ve bu sistemlerin hastalar tarafından daha zor ulaşılabilir hale geleceğini göz ardı edemeyiz.
Birçok soruna çözüm olarak görülen son teknoloji 3D biyobaskı teknolojisinin; uygun fiyatlı, transplantasyona hazır doku ve organlar üretmekte sıkıntı yaşayacağını, doku ve organları yetersiz olan hastaların bu teknolojiden faydalanmakta zorluk çekeceğini söylemek mümkün. Bu dezavantajları göz önünde bulundurduğumuzda, doku nakli için canlı hayvanlar kullanılması, daha sağlıklı bir seçenek gibi görünüyor. Gelecekte nasıl ilerleyeceği kesin olmasa da bioprinting, günümüzde küçük çaplı doku ve hücre üretimi için diğer yollara göre daha az maliyetli ve daha ulaşılabilir.
Zamanla beraber teknolojinin ilerlemesiyle insan ürünü kopyalar tedavilerde cazip ve ulaşılabilir görünse de, canlılığı devam ettirebilmek için bilgisayarların ve kimyasalların gücünden daha fazlasına ihtiyacımız olacağı muhakkak.
Kaynakça
- http://www.agrifoodscience.org/index.php/TURJAF/article/view/1062
- Dey, M., & Ozbolat, I. T. (2020). 3D bioprinting of cells, tissues and organs. Scientific reports, 10(1), 14023.
- Heinrich, M. A., Liu, W., Jimenez, A., Yang, J., Akpek, A., Liu, X., Pi, Q., Mu, X., Hu, N., Schiffelers, R. M., Prakash, J., Xie, J., & Zhang, Y. S. (2019). 3D Bioprinting: from Benches to Translational Applications. Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany), 15(23), e1805510.
- Shapira, A., & Dvir, T. (2021). 3D Tissue and Organ Printing-Hope and Reality. Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany), 8(10), 2003751.
