Üç Boyutlu Baskılama ile Doku veya Organ Üretimi, Biyobaskılama
Fatıma Gülşen Özkan - Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Öğrencisi
Size sizin kalbinize birebir benzeyen bir kalp verebilen bir cihaz düşünebilir misiniz? Ya bir tuşa bassanız ve tuşuna bastığınız cihazın size yeni bir burun veya kulak verse. Bugün, tüm bunları büyük oranda mümkün kılan bir teknolojiyi tanıyacağız. 3 boyutlu yazıcı kullanılarak doku veya organ üretimi, 3 boyutlu biyobaskılama (3D bioprinting).
Peki, nedir 3 boyutlu doku veya organ üretimi? Üç boyutlu (3D) biyobaskılama doğal dokuları taklit eden doku benzeri yapılar oluşturmak için büyüme faktörleri ve hücreler gibi biyolojik materyallerin birleştirilmesini içeren katmanlı bir üretim şeklidir.[1] Temel olarak biyobaskılama geleneksel 3 boyutlu baskılama işlemine benzer. Dijital ortamda oluşturulan model, katmanlar halinde (layer-by-layer) fiziksel bir 3 boyutlu nesne haline getirilir. Geleneksel 3 boyutlu baskılama işleminde nesnenin temel malzemesi reçine, termoplastik gibi malzemeler olabilir iken biyobaskılama için kullanılan temel malzeme biyomürekkep (bioink) olarak adlandırılan canlı hücrelerden oluşur.[1] Biyomürekkep sadece hücrelerden oluşabilir, ancak çoğu durumda hücreleri saran ek bir taşıyıcı malzeme de eklenir. Bu taşıyıcı malzeme genellikle bir 3 boyutlu moleküler iskelet görevi gören bir biyopolimer jeldir. Hücreler bu jele bağlanır ve bu onların yayılmasını, büyümesini ve çoğalmasını sağlar.[2] Biyobaskılama süresinde kullanılan hücreler canlı kalmalıdır bu nedenle jel ayrıca baskı işlemi sırasında hücrelere koruma sağlar.[2] Biyobasım için kullandığımız biyomürekkepin (bioink) bir diğer amacı ise hücrelerin gıda kaynağı olarak hizmet etmek, besinleri hücreler tarafından tüketilebilir hale getirmek.
Bir sonraki ve en zor aşama ise cerrahi yöntemlerle vücut ile birleştirilen 3 boyutlu biyobaskılama yöntemi ile üretilen doku veya organın çevresinde kan damarlarının oluşabilmesi ve bu yapay doku veya organın yerini doğal olanına bırakmasıdır. Biyobaskılama sonrasında üretim için kullanılan canlı hücreler büyüdükçe ve çoğaldıkça çevrelerini değiştirirler. Dışarıda bulunan maddeleri alırlar, metabolik aktiviteler için kullanırlar ve sonra farklı olanları serbest bırakırlar. Aslında, hücrelerin ürettiği ve hücre dışına serbest bıraktığı maddelerin çoğu, kurtulmak için ihtiyaç duydukları toksik malzeme sayılmaz. Bunun yerine, hücreler yerel çevrelerine de dikkat eder ve düzenler durumdadırlar. Ayrıca hücreler dışarı attıkları bu maddeleri geri dönüştürüyor ve çevreleyen ve hayatta kalma şanslarını artıran bir madde matrisi üretiyorlar. Hücrelerin ihtiyaçlarını giderebilecek olan bu hücre dışı matrisi genellikle kendileri üretir. 3 boyutlu biyobaskılama ile üretilen doku veya organın başına gelebilecek en iyi senaryo tüm yapay elementlerin doğal olanlarla değiştirilmesidir.[2]
Biyobaskılama yöntemi yerine cerrahi yöntemler, doku veya organ nakli, ihtiyaç duyular organ veya doku yerine yapay madde kullanımı gibi birçok yöntem var fakat canlı organ veya dokuların biyobaskılama ile elde edilmesi birçok avantaja sahip ve geleneksel yöntemlerin getirdiği negatif sonuçları en aza indirebiliyor. Öncelikle, biyobaskılama ile üretilen doku veya organlar nakil için bekleyen insanlara şans olabilir. 2019 yılı ilk 6 ay verilerine göre Türkiye’de 26 bin 524 hasta organ nakli beklerken sadece 2 bin 881 organ nakli yapılabilmiştir.[3] Organ nakli ihtiyacın büyük bir çoğunluğuna yanıt olamıyor bu yetersizlik biyobaskılama ile giderilebilir.Organ nakli bekleme süreci yılları alabilir fakat biyobaskılama ile daha kısa sürede ihtiyaç duyulan doku veya organa ulaşılabilir. Organ nakli ile ilgili bir diğer zorluk ise doku uyuşmazlığıdır. Uyumlu doku hücrelerini paylaşan bir donör bulma şansı çok yüksek değildir. Uyumsuzluk, hücre için yabancı ve tehlikeli olabilecek her şeye saldırı için hazır olan bağışıklık sistemini aktive edebilir. Vücut yeni doku veya organı reddederse, komplikasyonlar ortaya çıkabilir ve hastanın yeni bir nakle ihtiyacı vardır, bu da uzun ve ağrılı bir bekleme süresi anlamına gelir veya hastalar hayatlarının geri kalanı boyunca bağışıklık sistemi baskılayıcılar (immunosupressor) ile yaşamak zorunda kalabilir. 3 boyutlu biyobaskılama ile bu doku uyuşmazlığı engellenir çünkü kültürlenmiş hücreler hastanın kendisinden alınabilir. Bu, naklin ameliyattan sonra vücut tarafından reddedilmemesini sağlayacaktır.
Tüm bunların yanı sıra biyobaskılama süreci çevre dostu bir süreç. Gelecekte biyobaskılama test laboratuvarlarında kullanılan hayvanların yerini alabilir. İlaç, kozmetik gibi birçok alan için test amaçlı kullanılan hayvanların sayısı tahmin edilebilir boyutta değil. Günümüzde biyobaskılama teknolojisi ile üretilen dokularda testlerini uygulamaya başlayan kozmetik şirketleri bulunuyor, yakın bir gelecekte biyobaskılama teknolojisi kullanımının artışı, test amaçlı kullanılan laboratuvar hayvanlarının sayısını azaltabilir. Biyobaskılama, sağlık amaçlı kullanılan yapay malzemenin kullanımını da azaltarak çevre dostu sıfatını kazanabilir.
Günümüzde 3 boyutlu baskılama, biyobaskılama ile üretilen kulak, kornea, deri ve kemik klinik testlerden geçmiş durumdadır. Kalp, böbrek, karaciğer, akciğeri, yumurtalık, kas ve yemek borusu ise geliştirilmekte ve henüz klinik olarak test edilmemiştir. Beyin, mide ve bağırsaklar ise klik testlerde çok uzak bir aşamadadır. Gelecek sağlık bilimlerinin 3 boyutlu doku ve organ üretimi, biyobaskılama ile yeniden şekilleneceğine hiç şüphe yok.
Referanslar
1. Mashambanhaka, F. (2018, Kasım 28). What Is 3D Bioprinting? – Simply Explained. 26 Mayıs 2020 tarihinde, https://all3dp.com/2/what-is-3d-bioprinting-simply-explained/ adresinden erişildi.
2. Pires, R. (2018, Kasım 26). What IS Exactly Bioink? – Simply Ezplained. 26 Mayıs 2020 tarihinde, https://all3dp.com/2/for-ricardo-what-is-bioink-simply-explained/ adresinden erişildi.
3. Nakil Bekleyen Hastalar. (n.d). 26 Mayıs 2020 tarihinde https://organkds.saglik.gov.tr/dss/PUBLIC/WL_Hearth.aspx adresinden erişildi.
4. Kapak Fotoğrafı: Australians Are Keen For 3D Printed Organ Transplants (2018). 26 Mayıs 2020 tarihinde https://www.gizmodo.com.au/2017/11/australians-are-keen-for-3d-printed-organ-transplants/ adresinden erişildi.