Dünya genelinde binlerce organ nakli gerçekleşmesine rağmen, gerçekleşen bu bağışlar günden güne artmaya devam organ nakli ihtiyacını gidermek için yeterli olmuyor. Canlı ve ölmüş donörler organ nakli bekleyen insanlar için tek kaynak.
Bu durumla başa çıkmak için çalışan alanlardan biri olan Rejeneratif Tıp, “normal işlevi yeniden sağlamak veya kurmak için insan veya hayvan hücrelerini, dokularını veya organlarını değiştirme, mühendislik veya yeniden oluşturma süreci” ile ilgilidir. Bu alan, daha önce onarılamayan dokuları veya organları işlevsel olarak iyileştirmek için vücudun kendi onarım mekanizmalarını uyararak hasarlı doku ve organları tasarlama vaadini taşır. Rejenaratif tıpta, kök hücre tedavisi ve doku mühendisliği dahil olmak üzere pek çok teknikte biyo 3D yazıcılar ve biyo 3D baskı teknikleri kullanılmaktadır.
Biyo 3D Yazıcı, Biyo 3D Baskı Nedir?
Basit bir anlatımla Biyo 3D baskı temelde doku mühendisliği için üç boyutlu yapılar oluşturmak için katmanlı imalat tekniklerinin uygulanmasıdır. Organik yapıların tasarlanmasından materyalin olgunlaşma olarak bilinen post-simülasyonuna kadar yüksek derecede karmaşıklığa sahip çoklu süreçleri içerir.
Biyo 3D yazıcılar, hücre gibi biyo malzemelerin doğal dokuları taklit edebilecek şekilde bir araya getirmek üzerine çalışan bir üç boyutlu yazıcı türüdür.
3D Yazıcı ve Bir Adım Ötesi: Biyo 3D Yazıcı
Biyo 3D Yazıcılar hakkında detaylı bilgi bu yazıda.
Gelelim umut vadeden 3D Baskı organ projelerine:
3D Baskı Böbrek
Böbrek, karmaşık iç yapısı nedeniyle 3D baskı olarak üretilmesi en zor organlardan biri olsa da nakil için en çok ihtiyaç duyulan organlardan biri olması nedeniyle biyo 3D yazıcılarla üretim için üzerine en çok çalışan organlardan biri.
Böbreğin en küçük yapı taşlarından olan nefronlar, kanın süzülmesinden sorumludur. 2016’da Harvard Üniversitesi’ndeki Lewis Laboratuvarı‘ndan bilim adamları , proksimal tübüller adı verilen nefronun küçük bölümlerinin oluşturulmasına izin veren yeni bir biyo-baskı yöntemi geliştirdiler.
Daha sonra 2019 yılında hızlı bir şekilde ilerleyen Amerikan biyo baskı şirketi Organovo, kendi biyo 3D baskı platformu Organovo NovoGen aracılığıyla böbrek organoidlerinin başarılı otomatik üretimini duyurdu. Bunlar, nispeten hızlı bir şekilde çok sayıda üretilebilen, kendi kendini düzenleyen kök hücre temelli yapılardı.
Son güncelleme, daha yakın bir tarihte, Eylül 2020’de, United Therapeutics Corporation İsrail rejeneratif tıp şirketi CollPlant Biotechnologies ile malzeme teknolojisini ( rhCollagen ) böbrek biyo baskı geliştirmeye uygulamak için ortaklık kurdu.
3D Baskı Karaciğer
2016 yılında, San Diego Califonia Üniversitesi’nden araştırmacılar, hem mimari hem de işlev açısından gerçek karaciğer yapılarını taklit eden organik dokuyu 3D yazdırmayı başardılar. O zamanlar, bu tür biyomühendislik ürünü dokular ilaç endüstrisi tarafından ilaç geliştirme ve test için kullanılıyordu.
3D baskı böbrek için de çalışmalar yapan Organovo karaciğer dokusu yamalarını biyo 3D baskı olarak üretmeyi de başardı ve bir adım daha ileri giderek 2018’de biyo 3D baskı olarak üretebildiği karaciğer dokularını canlı farelere yerleştirerek deneyler yaptı. İmplantasyondan bir ay sonra doğrulanan doku tutulması ve işlevsellik ile sonuçlar çok olumluydu. Bu testten sonra 2020’de insanlar üzerinde test edilmesi için kısmi karaciğer nakli hedefleniyordu, ancak henüz gerçekleşmedi.
São Paulo Üniversitesi’nden Brezilyalı araştırmacılar ise, 2019’un sonlarında “minyatür karaciğerlerin” başarılı bir şekilde biyo 3D baskısını alabildiklerini bildirdiler. Bu organoid yapılar insan kan hücrelerinden geliyordu ve protein üretme, vitamin depolama ve hatta safra salgılama gibi karaciğer normal işlevlerini yerine getirebiliyorlardı. Araştırmacılara göre, tüm biyo 3D baskı süreci hastanın kanının alınmasından mini karaciğerlerin son olgunlaşmasına kadar yaklaşık 90 gün sürdü.
3D Baskı Kalp
Kalp, karmaşık biyokimyasal reaksiyonlar uygulamak yerine birincil işlev olarak bir hidrolik pompa olarak hareket ettiği için diğer organlara kıyasla yeniden üretilmesi daha kolay bir organdır.
Nakli dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için doku mühendisliği üzerine odaklanan The Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM), 2018’de bir WFRIM araştırma grubu, fare hücrelerini kullanarak 3D biyo baskılı fonksiyonel kalp dokusuna ulaştığını duyurdu.
2019’da Tel Aviv Üniversitesi Moleküler Hücre Biyolojisi ve Biyoteknoloji Okulu’ndan araştırmacılar, ilk kez tamamen vaskülarize edilmiş 3D baskılı mini insan kalbini üretmesi dünyada büyük ses getirdi. Bu biyo-baskılı organ, bir hastadan ve taşıyıcı jellerden alınan insan hücrelerinden yapılmıştı. Tel Aviv Üniversitesi’nin ekibi şu anda kalp hücrelerini olgunlaştırmak ve onları tamamen işlevsel hale getirmek için çalışıyor.
Chicago merkezli Biolife4D şirketi de 2019’da benzer bir atılım gerçekleştirerek kendi biyo 3D baskılı kalbini duyurdu. Bu kalp Tel Aviv Üniversitesi’nde üretilen kalbe göre boyut olarak daha büyük ve işlevsel olarak daha gelişmiş.
Son birkaç yıldaki pek çok önemli atılımla uzmanlar, nakil için hazır biyo baskılı bir kalbin on yıl içinde mevcut olabileceğini tahmin ediyor.
3D Baskı Kornea
Kornea gözün dış tabakasının en önünde yer alan, şeffaf yapıda ve kubbe şeklinde bir dokudur. Bu şeffaf yapının hemen arkasında gözün rengini veren iris yer alır. Korneanın başlıca iki görevi vardır. Birincisi, gözün içindeki yapıları korumak, ikincisi ise dışarıdan gelen ışığı kırarak retina adı verilen ve görmeyi sağlayan sinir tabasına net bir şekilde odaklamaktır. Gözün en yüksek kırıcılığı kornea tabakasındadır, bu yüzden korneadaki bir bulanıklık veya şekil bozukluğu görmeyi ileri derecede bozar.
Dünya çapında milyonlarca insan, genellikle kornea nakli gerektiren, hastalık veya yara izi nedeniyle kornea körlüğünden muzdariptir.
2018’de Newcastle Üniversitesi’ndeki bilim adamları , ilk kez bir insan korneasını 3 boyutlu olarak yazdırmayı başardılar . Kök hücreleri aljinat ve kollajen ile birleştirerek, 10 dakikadan daha kısa bir sürede korneanın şeklini oluşturmak için daireler halinde ekstrüde edilebilen benzersiz bir biyo-bağlantı oluşturuldu.
Newcastle Üniversitesi projesi bir kavram kanıtı projesi olsa da, Türkiye’den Marmara Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi aslında bir tanesini potansiyel olarak transplantasyona uygun hale getirdi. Kornea Stromal Nakli İçin 3D Baskılı Yapay Kornea başlıklı makale Haziran 2020’de yayınlandı ve çok umut vaat ediyor.
Bu makalede yer alan çalışmada incelen baskı yönteminde Baskı işlemi, PVA bazlı malzemenin FDM benzeri bir 3D biyo yazıcı tarafından biriktirildiği bir alüminyum kalıba dayanıyor. Çalışmanın sonucunda bioink materyali, ön testlerde büyük biyo uyumluluk gösterdi ve korneaların optik performansı özel elektron mikroskobu ve UV spektrofotometresi ile doğrulandı.
3D Baskı Kulak
Rekonstrüktif cerrahi, doğum kusurları, travmaya maruz kalma ve tıbbi durumlardan kaynaklanan anormalliklere veya deformitelere işlevi ve normal görünümü geri getirmeyi amaçlayan tıbbi bir alandır. Burun ve kulaklar, özellikle tam bir yıkım durumunda, yeniden inşa edilmesi inanılmaz derecede zor olan karmaşık yapılardır.
Bununla birlikte, karmaşık yapılar oluşturmak, 3D baskının benzersiz yeteneklerinden biridir. 2016 yılında, WFIRM araştırmacıları, 3D baskılı canlı kulak ve kas yapılarının hayvanlara başarıyla yerleştirildiğini bildirdi. Bu tür parçalar, biyo-baskı sürecini basitleştirerek kimyasal etkileşim yerine çoğunlukla yapısal bileşenler olarak işlev görür.
2019’a hızlı bir şekilde , Avustralya’daki Wollongong Üniversitesi’nden bir ekip, profesör Payal Mukherjee ile birlikte, rekonstrüktif cerrahi için insan kulağı üretebilen bir 3D biyo yazıcı geliştirdi . “3D Alek” yazıcı, insan kıkırdak malzemesini kullanıyor ve şu anda Sidney’deki Royal Prince Alfred Hastanesi’nde kuruldu . Amaç, kıkırdak materyali büyütmek için hastaya özel bioink materyalinin geliştirilmesini hızlandırmaktır.
3D Baskı Yumurtalık
Yumurtalıklar, çocuk doğurmanın karmaşık biyolojik sürecinin önemli bir parçasıdır. Ne yazık ki her yıl binlerce kadın kısırlığa yol açabilecek yumurtalık sorunları yaşıyor.
Chicago’daki Northwestern Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, çocuk sahibi olabilmeleri için kadınlara nakledilebilecek yapay bir yumurtalık geliştirmeye tamamen kararlılar. 2017 yılında Monica Laronda liderliğindeki bir ekip, kısır farelerin doğum yapmasına izin veren biyo-baskı tekniklerini kullandı.
Ekip, yumurtalık mimarisinin tamamını kopyalamak yerine, daha sonra farelere yerleştirilen ve zamanla büyümesine izin verilen farklı 3B baskılı iskele yapıları geliştirdi. Bazı yapıların oldukça verimli olduğu kanıtlandı: Yapay yumurtalıklarla çiftleşen yedi fareden üçü sonunda tipik yetişkin fareler olmaya devam eden sağlıklı yavrular doğurdu.
2020’de Northwestern Üniversitesi’nden aynı ekip, insanlarda bulunan hemen hemen aynı tür proteinlere sahip olan domuz yumurtalıklarından elde edilen yapısal proteinleri tanımladı. Laronda’ya göre amaç, bu proteinleri potansiyel yumurta ve hormon üreten hücrelerden oluşan bir bankayı destekleyebilen biyolojik bir 3D baskılı yapı iskelesi tasarlamak için kullanmak.
3D Baskı Deri
Düşündüğünüzde insan vücudundaki en büyük organ cilttir. İnsan vücudunun dış yüzeyinde büyük bir alanda yer aldığından aslında yaralanmaya en açık organ da cilttir. Cilt nakli gerektiğinde genellikle insanlar kendi kendinin donörü olabiliyor.
Ne yazık ki, bu teknik yalnızca nispeten küçük hasarlı alanlar için uygundur, bu nedenle cilt biyo-baskı konusunda çok fazla gelişme ve ilgi vardır. Buradaki fikir, hastanın kendi hücrelerinden yapılmış deri yamaları üretmek ve böylece alıcıyla% 100 uyumlu bir greft kaynağı sağlamaktır.
2019’da, New York’taki Rensselaer Polytechnic Institute’taki araştırmacılar, kan damarlarıyla “canlı” deri yamalarını 3B yazdırmayı başardılar . Şimdiye kadar biyo-baskılı her cilt vasküler fonksiyondan yoksun olduğu için bu kritik bir kilometre taşıdır. Bir sonraki adım, mikroskobik düzeyde, kan damarlarını banttan hastanın kendi cildine entegre etmenin bir yolunu geliştirmektir.
Başka bir cephede, Avustralyalı start-up Inventia Life Science , cildin doğrudan bir hastanın yarasına 3 boyutlu olarak basılabileceği bir cihaz üzerinde çalışıyor. Deri hücreleri, mürekkep püskürtmeli baskı ile aynı prensip kullanılarak küçük damlacıklar halinde biriktirilecektir. Inventia, biyoteknoloji endüstrisinde tanınmış bir oyuncudur ve son zamanlarda 2020’de 3D baskılı cilt projesi için büyük bir yatırım almıştır.
3D Baskı Kemik
Kemikler, insan vücudunun temel yapısal bileşenleridir. İnsanlar, kazalar veya hastalıklar nedeniyle kemiği kırabilir, hatta tamamen kaybedebilir. Bu gibi durumlarda, kemik implantları yapay ortezlerle karşılaştırıldığında en uygun çözümdür, ancak maalesef nakil için gerekli çoğu organın kıtlık sorununu paylaşırlar.
3D baskılı ortez alanı çok geniştir ve belki de metal 3D baskının en popüler “gerçek hayat” uygulamalarından biridir. 2018’de 100.000’den fazla kalça kepçesi implantı sadece üretilmekle kalmadı, aynı zamanda gerçek hastalara da implante edildi. Delta-TT çanak, bir eklemeli üretim tekniği olan elektron ışını eritme (EBM) yoluyla titanyum alaşımlarında üretildi.
Kemik biyobaskı için ise işler biraz daha yavaştır. Geleneksel biyo-baskı teknikleri insan hücrelerini hammadde olarak kullanırken, kemik biyo-baskı genellikle vücudun sonunda kemik inşa edeceği iskele yapıları oluşturmayı içerir. İngiltere’deki East Anglia Üniversitesi’nden bilim adamlarının 2019’da Hayvan Sağlığı Vakfı ile işbirliği içinde yaptığı şey buydu. Ancak bu iskele projesi için çalışmanın konuları yaşayan atlardı.
Bu yıl, Hollanda’daki Delft Teknoloji Üniversitesi Biyomekanik Mühendisliği Bölümü’nden araştırmacılar, biyolojik olarak parçalanabilir saf magnezyum ile iskele 3D baskıda değerli bulgular gösterdi . Bu malzeme, doğal kemiğe benzer mekanik özellikleri paylaştığı ve aynı zamanda oluşumunu uyardığı için kemik iskelesi için idealdir.