Doku Mühendisliği ve Uygulama Alanları

Doku mühendisliği, doku ve organların hasta bireylere nakledilmek üzere laboratuvar şartlarında meydana getirilmesi ile uğraşan bilim dalıdır. Doku mühendisliğinin potansiyel gücü ise günden güne artmaktadır. Yakın bir tarihte mühendislik dehası dokular yardımıyla organ naklinin tarihe karışması ve yeni ilaçların geliştirilmesi planlanıyor. Hücrelerin laboratuvar ortamında dokuları meydana getirecek biçimde bir araya getirilmesi haftalarca süren bir işlem olabileceği gibi birkaç saniye de sürebilir. Bu da dokunun boyutları ya da tipi ile alakalı bir durumdur. 0,0001cm’den 10cm’ye kadar olan boyutlardaki dokuların üretilmesi mümkündür. Doku mühendisliğinin gıda ve ilaç dairesi tarafından onaylanan ürünlerinin 5’ten az olmasına rağmen birçok firma tarafından bu ürünlerin üretimi için senede milyonlarca dolar para harcanmaktadır. Bu mühendislik dehası dokuların geniş alanda yer bulabilmesi için sağlıklı olan hücrelerin kolayca elde edilebileceği uygun bir kaynağa, yapı iskeletine ve biyoreaktörlere gereksinim vardır. Ürünlerin kısa ömürlü olmaması için iyi bir şekilde korunması ve doku reddinin önüne geçilmesi gerekir.

 

*Hasarlı ya da hastalıklı olan dokuların onarılması için 3 temel strateji söz konusudur.
1. Yeni izole olmuş ya da kültür ortamından geçirilmiş hücre nakli
2. Hücrelerden ve yapısal bazlı iskelet yapılarıyla laboratuvar koşullarında meydana getirilmiş dokuların nakli
3. Kendi kendini yenilemesi için dokunun bulunduğu yerde geliştirilmesi
Hücre bazlı nakil için hasta ya da vericiden koparılan hücreler ile hücre kümeleri oluşturulur. Bu hücreler hasar görmüş dokulara doğrudan enjekte edildiği gibi laboratuvarda bozunur bir yapı iskelesi ile bir araya getirildikten sonra da nakledilebilir.
Doku nakli işleminde hastadan ya da vericiden alınan hücreler biyobozunur bir yapı iskelesi ile bir arada kullanılarak laboratuvar şartlarında üç boyutlu bir doku oluşturulur. Bu doku kültürü olgun faza eriştiği zaman hasta dokusuna nakledilir.

Yapı iskelesi hasara uğramış olan dokuya doğrudan bir şekilde nakledildiği ve vücut hücrelerinin uyarılıp yerel doku onarımına yardımcı olduğu tekniğe yerinde yenileme tekniği denir. Hücre nakil işlemi için kullanılacak kaynaklar hasta bireylerden alınan otolog hücreleri, hasta ile immünolojik olarak herhangi bir benzerliği olmayan bir doku vericisinden alınan allogenik hücreleri ve başka bir türden sağlanan ksenogenik hücrelerini barındırır. Bu uygulamada çoğu zaman kendi kendini onarma ve başka hücre çeşitlerine farklılaşabilme yeteneği olan embriyonik kök hücreler kullanılabilmektedir.

 

Bu işlemin yanında olgunlaşma evresinin farklı kısımlarında bulunan hücre gruplarından oluşan birleşimlerde (kök ve progenitor hücreler içeren) işleme katılabilir. Bazı başka yaklaşımlarda kök hücrelerin ayrıştırılması ve zenginleştirilmesi işlemi yapılır. Cilt ülseri, karaciğer ve şeker hastalıklarının tedavisinde allogenik hücreler başarılı bir şekilde işleme katılabilir. FDA tarafından onaylanmış olan ve laboratuvar koşullarında canlı deri ile yapılmış iki ürün hali hazırda şeker hastalığı ve venöz cilt ülseri hastalığının tedavisinde kullanılmış durumdadır. Bu iki üründen birincisi, insan sünnet derisinden yapılan yeni doğan deri fibroblast’tır. Hücre kültürü ortamında geliştirilmiş olan bu fibroblast’lar, polilaktit koklikolitten (su varlığında zaman içerisinde yıkıma uğrayabilen bir polimer) denen yapının üzerine inşa edilmektedir. Hücreler deri dip tabakasına benzeyen bir hal alana kadar biyoreaktörler içerisinde bulunan kültürde kalmaktadırlar.

 

Diğer deri ürünü ise hem üst deri hem de deri tabakalarına sahiptir. Deri fibroblast’larından (vücut sıcaklığında jel haline gelebilen bir kollajen çözeltisinin içinde bulunur) oluşan bu üründe jel yapının etrafı çok sayıda üst deri katmanı ile çevrilidir. Nakledilme işleminden sonra bu ürünü onarma süreci boyunca kısmi ya da çok miktarda olarak konak deri ile konum değiştirmektedir. Fibroblast denilen deri ürünlerinde bulunan yapılar, hücre dışına dolgu maddeleri salgılarlar ve diğer konakçı birey tarafından salgılanan molekülleri etkileşime girerler. Bu ürünler nakilden sonra altı ay boyunca varlıklarını sürdürürler.

Bir mühendislik dehası olan deri nakil işlemlerinin deri yıpranmaları ve deri yanmalarını tedavi etme işlemindeki başarısı pankreas ve karaciğer hasarlarının tedavi işlemlerinden çok daha kolaydır. Fibroblast ya da keratinosit hücrelerinin üretilmesi pankreatit adacık hücreleri ve karaciğer hücreleri olan hepatositlerin oluşturulmasına kıyasla oldukça kolaydır.

Gıda ve ilaç dairesinin onayından geçen bir otolog hücre ürünü vücut eklem kıkırdak dokusunun onarımında kullanılmaktadır. Hastanın zarar gören diz eklem yapısının sağlam olan kısmından alınan kıkırdak doku parçası geliştirildikten sonra hasarlı bölgeye nakledilir. Bu yaklaşıma benzer şekilde yıkıma uğramış kemik iliği hücrelerinden elde edilen mezenkimal kök hücreleri kültür ortamında iyileştirilerek farklılaşmaları için uyarılmaktadırlar. Bu işlem sonucunda elde edilen hücreler zarar gören kemik, tendom, kıkırdak tedavilerinde kullanılırlar.

Hasta ve vericiye ait olan hücreler hali hazırda tedavide kullanılabiliyor ise embriyonik kök hücreler üstünde bu düzeyde büyük bir ilgi olmasının sebebi nedir? Kök hücrelerin potansiyel nitelikleri bu sorunun yanıtı niteliğindedir. Embriyonik hücrelerin bu denli kullanılmasının nedeni laboratuvar ortamında farklılığa uğramamış bir evredeyken geliştirilebilmeleri ve farklı hücre çeşitlerine kaynak olabilmeleridir. Yetişkin bireyin kemik iliği hücrelerinden elde edilen kök hücreler ise çok sayıda kan hastalığının iyileşmesinde görev alırlar( sitokinler ile uyarıldıktan sonra).

Son yapılan uygulamalarda kemik iliğinden elde edilen bu kök hücrelerin hepatositlere, kalp kas hücrelerine, akciğer dokularına evirilebildikleri gözlemlenmiştir. Bir hayvan modelinde kemik iliği nakli ile karaciğer hastalığının tedavisi yapılmıştır. Kemik eğriliğinin tedavisinde mühendislik ürünü olan kemik dokularının kullanılması süreci hızlandıran bir niteliğe sahiptir. Bu duruma ilave olarak kemik oluşumundan dolaysız olarak sorumlu olan hücrelerin seçilmesi iyileşmeyi hızlandırır.

Mikro-dolaşımın Kan Damarları
Biyomühendislik ürünü olan doku hücreleri vücuda uygulandıktan sonra birkaç saat geçtiğinde oksijen harcamaya başlarlar. Fakat vücuda yerleştirilmiş implantlara besin ve oksijen sağlayacak kan damarlarının dokuda oluşumu günlerce sürebilir. Bu problemi aşmak için laboratuvar ortamında geliştirilmiş olan hücreleri dolaysız şekilde hasta karaciğerinde ya da dalak bölgesinde bulunan damarlı bölgelere nakil işlemi yapılma yolu izlenir. İnsanın karaciğer dokularına direk olarak sıkılan hepatositler karaciğer yetmezliğini aşmak için gerekli olan biyokimyasal nitelikleri sağladığı görülmüştür. Pankreatit adacık hücrelerinin aşırı boyutlarda damarlı bir organ olan karaciğere nakil edildiği, şeker hastalığı olanlarda da birkaç aylık bir süreçte iyileşme gözlenmiştir.

Tendon ve kemik gibi vücut yapılarını tedavisi amacı güden nakillerde mevcut olan damarlı yatak yapılar kullanılmamaktadır. Biyomühendislik ürünü olan derilerin şaşırtıcı bir biçimde anjiogenezi hızlandırmış olduğu gözlemlenmiştir. Bunun sebebi deri ürünlerinin fibroblastların anjiogenetik gelişme etkenleri üretebilmesidir. Laboratuvar ortamında önceden oluşturulmuş olan damarlı yataklara olan ihtiyacın üstesinden, birçok kök hücrenin ve pro-genitör yapıların ortak bir niteliği sayesinde gelinebilir: Düşük oksijen durumlarında dayanıklı olmaları. Kemik doku hücrelerini içeren küçük parçalar zarar görmüş olan kemik bölgesine enjekte edildiği zaman implant içinde bulunan kan damarları hasarlı damarlar ile kaynaşıyor. İleriki çalışmalarda hedeflenen ise nakil için tamamıyla damarlanmış ve ameliyat esnasında kişinin kan damarları ile bir araya getirilmeye uygun ebatlarda damarlara sahip olan dokuların meydana getirilmesidir.
Önümüzdeki on yılda doku mühendisliği alanının bilime en büyük etkisi hiç şüphesiz, hastalık nedenlerinin incelenmesi ve moleküler boyutta tedavinin geliştirilmesi için bir takım yeni modellerin geliştirilmesi olacaktır.

Kaynakça:
Hench, L. L., ve Polak, J. M., “Third-Generation Biomedical Materials”, Science, 8 fiubat 2002

Yazar: Taner Tunç

Yorum Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This div height required for enabling the sticky sidebar
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :