Nöral Dokular ve Üç Boyutlu Biyoyazıcılar

Okuma Süresi: 5 Dakika  | Yazdır

Üç boyutlu yazıcı teknolojisi ile ilgili son gelişmeler, biyouyumlu materyallerin ve hücrelerin de bu alana dahil olmasını sağlamıştır. Üç boyutlu biyoyazıcı olarak adlandırılan teknolojide, mürekkep olarak biyouyumlu materyaller ve bu materyallerin içerisinde canlı kalıp, çoğalabilen hücreler kullanılır. Biyouyumlu materyal, kopyası yapılmak istenen organın üç boyutlu modelini oluşturur, bu iskeletin üzerinde organa özgü hücreler çoğalır ve organın ya da dokunun öncülü elde edilir. Böylece bu teknoloji, yapay organ oluşturma ve rejeneratif tıp çalışmalarına öncü olabilir. Bu sayede, organ nakillerine bir alternatif geliştirilebilir.

Biyoyazıcı teknolojisinde, doku onarımı için üzerinde yaygın şekilde çalışmalar yapılan pluripotent kök hücreler biyomürekkkep olarak kullanılır. Buna ek olarak, farklı türlerde üç boyutlu biyoyazıcı teknolojileri ortaya çıktı. Bunlar; mikropüskürtmeli biyoyazıcılar, mürekkep püskürtmeli biyoyazıcılar, lazer kullanılan biyoyazıcılar ve daha yeni bir teknoloji olan küresel şekillere dayalı yazıcılardır.

Üç boyutlu yazıcılar alanında ilk patent alındığında, çıplak gözle görülemeyen moleküllerin ve hücrelerin yazdırılmasından, karmaşık doku ve organların biyofabrikasyonuna kadar bu alanda önemli gelişmeler olmuştur. Biyoyazıcılar için hücre kaynakları konusunda en önemli nokta, biyoyazıcıdaki hücrelerin oluşturduğu dokuların doğal özelliklerini koruması ve hücrelerin çoğalabilmeleridir. Fakat, vücutta bulunan hücre tiplerinin izole edilmesi ve laboratuvar ortamında çoğaltılması zordur. Ayrıca bu hücrelerin kısıtlı bir yaşam süreleri vardır.

Kök hücrelerin diğer hücre türlerinden farklı olarak yenilenme potansiyeline sahip olması, üç boyutlu biyoyazıcılar için sınırsız hücre kaynağı sağlar. 2006’da uyarılmış pluripotent hücrelerin keşfedilmesiyle, bu hücrelerden vücutta bulunan çeşitli hücre tiplerini elde etmek mümkün olmuştur. Kalıtsal mutasyonlara sahip kök hücrelerin biyoyazıcı yöntemiyle doku oluşturması ise, hastalık mekanizmalarının ve çeşitliliğin anlaşılmasına olanak tanıyacaktır. Bu çalışmalar da, doku yenilenmesi için hastalara yeni doku aktarıldığında, doku reddi olasılığını azaltacaktır.

Nöral Dokuların Biyoyazıcı İle Oluşturulması

Mürekkep püskürtmeli ve mikropüskürtmeli üç boyutlu yazıcı teknolojisi kullanılarak nöronlar, yüksek hücre canlılığı oranlarıyla yazdırılabilmektedir. Yazdırıldıktan iki hafta sonra da, bu hücrelerin kendi biyolojik karakterlerini ve fonksiyonlarını koruduğu gözlemlenmiştir. Nöral kök hücreler, embriyonik kök hücreler, uyarılmış pluripotent kök hücreler, yağ dokusu kök hücreleri ve mezenkimal kök hücreler nöral doku mühendisliği için kullanılmıştır.

Glioma kök hücreleri, glioma tümör (beyin tümörü) modeli oluşturmak için kullanılmıştır. Nöral kök hücrelerin diğer sinir hücresi tiplerine farklılaşması bazı moleküllerin aracılığıyla mümkün olmaktadır. Bu nedenle, biyoyazıcılar tarafından kullanılmaları için elverişlidir. Yapılan bir çalışmada, lazer yardımıyla yapılan üç boyutlu biyoyazıcı ile yazdırılan embriyonik kök hücreler, hücre topluluğu formunu almıştır. Buradaki hücreler, nöral hücrelere farklılaşma potansiyeline sahiptirler.

Biyoyazıcılarda hücrelerle birlikte biyouyumlu materyallerin de kullanıldığı çok sayıda çalışma vardır. Bu biyouyumlu materyaller, normal koşullarda vücutta kök hücrelerin içerisinde bulunduğu hücreler arası alanı taklit edecek şekilde seçilir. Bu materyallerden en yaygın olarak kullanılanlar; poli laktik-ko-glikolik asittir (PGLA) ve hidrojellerdir. Biyouyumlu materyallerin kullanımıyla hücreler, normal koşullardaki gibi çoğalıp, işlevlerini yerine getirebilirler.

Üç boyutlu kök hücre biyoyazdırma teknolojisi ile nöral dokunun üretildiği çok sayıda çalışma vardır. Örneğin; mikropüskürtmeli biyoyazıcı teknolojisi ile, aljinat, karboksimetil-kitosan ve agarozdan oluşan polisakkarit temelli biyomürekkep ve nöral kök hücreler biyoyazıcı teknolojisinde kullanılmışlardır. Üç boyutlu bir iskele halini alan biyomürekkepin içerisinde nöral kök hücreler fonksiyonel nöronlara dönüşürler. Farklılaşmış nöronlar da birbirileriyle bağlantı kurmaya başlar.

Nöral dokunun üç boyutlu kök hücreler ile yazdırılması, ilaç denemelerinin yanı sıra, nörolojik işlevler ve hastalıklarla ilgili araştırmaları da kolaylaştırmaktadır. Ayrıca, akut beyin travması ve kronik dejeneratif hastalık durumlarında, hastaya özgü nöral hücrelerle hastaya aktarım yapmak mümkün olacaktır. Beyin tümörü hücrelerinin de bu şekilde tümör dokusu oluşturacak şekilde yazdırılması, kemoterapi ilaçlarına direnç gösteren tümör hücrelerinin daha detaylı incelenmesine olanak sağlayacaktır.

Biyoyazıcı yönteminin daha fazla geliştirilmesi daha karmaşık dokuların yazdırılmasına olanak tanıyabilir. Nöral dokuların yanı sıra, kalp, deri, karaciğer, yağ ve kas dokuları için de üç boyutlu biyoyazıcı teknolojisi ile çalışmalar yapılmıştır. Yapılan tüm çalışmaların sonucunda, bu teknolojinin hastalar üzerinde kullanılabilmesi için ve daha karmaşık dokuların elde edilmesi için; kullanılacak biyomateryallerin, biyoyazıcı türünün ve hücrelerin optimize edilmesi gerekliliği ortaya çıkmıştır. Mevcut sorunlar aşıldığında, yakın gelecekte standart organ nakli uygulamalarının yerini, üç boyutlu biyoyazıcı teknolojisi ile hastanın kendi kök hücrelerinden oluşturulmuş organlar alabilir.

Kaynakça:
1) Ong ve ark. 3D bioprinting using stem cells. doi: 10.1038/pr.2017.252.
2) Knowlton ve ark. Bioprinting for Neural Tissue Engineering.Trends in Neurosciences, Month Year, Vol. xx, No. yy

Yazar:Ayça Olcay

Yorum Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir