3D boyutlu yazıcılar birkac yıl once uzerlerindeki patent engeli ortadan kalkar kalkmaz hızla tum dunyada yayılmaya başladı. Onceleri plastik benzeri malzemelerle model ve demolar basmak icin kullanılan yontem, bugun artık farklı malzemeler ve farklı ihtiyaclar doğrultusunda bir dizi metalurji araştırmasının başlamasına da itici guc oldu.
Son bir kac yıl icinde daha once canlı dokular kullanılarak uretilen protez ve laboratuvar olcekli dokulara ilişkin onlarca calışma yayımlandı. Bunun yanında endustriyel amaclı olarak toz metalurjisi ve metal baskı alabilen ceşitli yontemler de her gecen gun hızla yaygınlaşıyor.
Hatta inşaat alanlarında beton dokmek icin kullanılan buyuk cimentolu yazıcılar bile cıktı. Ustelik NASA bu yontemi otonom hareket edecek yazılımlarla birleştirip Mars ’a kucuk işci robotlar gondermeyi ve inşaat işlerini bu robotlara yaptırmayı planlıyor.
Konuyla ilgili tum bunlar olurken Tel Aviv Universitesi ’nden araştırmacılar, buyuk bir tıbbi buluşa imza atarak; bir hastanın kendi hucre ve biyolojik materyallerini kullanıp, dunyanın ilk vaskularize 3D muhendislik kalbini yazıcıdan baskı olarak aldılar. Deneylerle ilgili bulgular 15 Nisan ’da Advanced Science ’da yayımlandı.
Rejeneratif tıp alanındaki bilim insanları (biyoloji ve teknolojinin tam da buluştuğu noktada calışırlar), şimdiye dek yalnızca kan damarları olmayan basit dokuları yazdırmakta başarılı olmuşlardı.
TAU Molekuler Hucre Biyolojisi ve Biyoteknoloji Fakultesi, Malzeme Bilimi ve Muhendisliği Bolumu ’nden Profesor Tal Dvir; “Bu ilk defa birinin; icinde hucrelerin, kan damarlarının, ventrikullerin ve odaların bulunduğu bir kalbin tamamını başarılı bir şekilde yazdırması oldu” acıklamasında bulundu. Profesor Dvir, Nanobilim ve Nanoteknoloi Merkezi ve Sagol Rejeneratif Biyoteknoloji merkezinde yuruttuğu calışmalarla bu başarıya onculuk ediyor.
“Eğer muhendislik urunu bir kalp geliştirirseniz; bu yapay organ, hastaya immunolojik, hucresel, biyokimyasal ve anatomik olarak tam anlamıyla uyumlu olacaktır”
Kalp hastalığı, Amerika Birleşik Devletleri ’nde hem erkek hem de kadınlar arasında en cok gorulen olum nedenidir. Kalp nakli, şu anda son donem kalp yetmezliği olan hastalar icinse mevcut olan tek tedavidir. Kalp donorlerinin korkunc sıkıntısı goz onune alındığında, hastalıklı kalbi yeniden oluşturmak icin yeni yaklaşımlar geliştirme ihtiyacı acildir.
Prof. Dvir, “Bu kalp, insan hucrelerinden ve hastaya ozgu biyolojik malzemelerden uretildi. Bu yontemle birlikte, bu malzemeler -biomurekkepler, şeker ve proteinlerden yapılmış maddeler-, karmaşık doku modellerinin 3D baskısı icin kullanılabilecek. İnsanlar gecmişte bir kalbin yapısını 3 boyutlu olarak basmayı başarmışlardı, ancak hucrelerle ya da kan damarlarıyla birlikte değil. Calışmamızın sonucları, gelecekteki kişiselleştirilmiş doku ve organ değiştirme muhendisliği gibi uygulamalara bir potansiyel oluşturuyor.”
Kişiye Ozel Muhendislik Urunu Organ
Calışma; Profesor Dvir, yine TAU ’dan Yaşam Bilimleri Fakultesi ’ndan Dr Assaf Saphira ve Profesor Dvir ’in laboratuvarında doktora calışmas yuruten Nadav Moor ’un iş birliği ve ortakalaşa cabası sonucunda hayata gecti.
Dvir, “Bu aşamada 3D kalbimiz henuz kucuk, bir tavan kalbi buyukluğunde. Ancak daha buyuk bir insan kalbi yazdırmak icin de aynı teknoloji gecerli”. dedi.
Araştırma icin hastalardan bir yağlı doku biyopsisi alındı. Dokunun hucresel ve hucresel olmayan bolumleri daha sonra ayrıldı. Hucreler pluripotent kok hucre olacak şekilde yeniden programlanırken, 3 boyutlu bir kollajen ve glikoprotein gibi hucre dışı makromolekul ağı olan hucre dışı matrisi (ECM), “murekkep” olacak şekilde kişiselleştirilmiş bir hidrojelden hazırlandı.
Hucreler hidrojelle karıştırıldıktan sonra, kalp ve endotel hucreleri yuksek verimli olacak şekilde birbirlerinden ayrıştırıldı. Boylece kan damarları ve tum dokularıyla tamamen bağışıklı sistemin uyumlu ve hastaya ozgu kalp oluşturuldu.
Prof. Dvir ’e gore, hastaya ozgu “doğal” malzemelerin kullanımı, doku ve organların başarılı bir şekilde muhendisliği icin cok onemli. Prof. Dvir, “Tasarlanan malzemelerin biyouyumluluğu, bu tur tedavilerin başarısını tehlikeye atan implant reddi riskini ortadan kaldırmak icin cok onemli” diyor. “İdeal olarak, biyomateryal hastanın kendi dokularının aynı biyokimyasal, mekanik ve topografik ozelliklerine sahip olmalıdır. Burada immunolojik, hucresel ve biyokimyasal olarak hastanın bedeniyle tamamen uyuşan, 3 boyutlu olarak yazdırılmış; kalın, vaskularize ve perfuze edilebilir kardiyak dokuları kayda gecirmiş bulunmaktayız.“
Araştırmacılar şu anda laboratuvarda 3 boyutlu olarak yazdırılmış kalpleri kulturlendirmeyi ve onlara “kalp gibi davranmayı oğretmeyi” planlıyorlar. Daha sonra 3D model kalpleri hayvan modellerinde nakletmeyi planlıyorlar. Ardından bu kalpler hayvanlara nakledilerek klinik testler başlayacak.
Profesor Dvir, “Basılı kalbi daha da geliştirmemiz gerekiyor” diyor. “Hucreler henuz bir pompalama kabiliyeti kazanmaya ihtiyac duyuyor; şu anda buzuşebiliyorlar, ancak birlikte calışmaları icin bir miktar daha calışmaya ihtiyacımız var. Bu yeni yontemin etkinliğini ve kullanışlılığını kanıtlayacağımızı umuyorum.”
“Yontemimiz belki de, on yıl icinde dunyanın en iyi hastanelerinde organ yazıcılarda kullanılacak ve bu işlemler artık rutin olarak uygulanacak.”