2010 yılında Repo Men adlı ilginç bir film izlemiştim. Filmde, günümüzden çokta ileride olmayan bir yakın gelecekte, ‘The Union’ adında bir şirket, insanların hayatlarını sürdürebilmeleri için yüksek teknolojiye sahip yapay organlar üretiyor fakat bu organları neredeyse hiç kimsenin ödeyemeyeceği kadar çok yüksek fiyatlara satıyordu. Yine bu şirket, insanların zor durumlarından faydalanarak bir şekilde bu organları onlara satıp hayatlarını kurtarıyor, ancak satın alınan tıbbi ürünün ödemesi geciktirilirse veya uzun bir süre ödenmezse, devreye Repo Men denen şirket elemanları giriyor ve ürünü her ne pahasına olursa olsun geri alıyorlardı. Filmin bu kısmı oldukça ürkütücüydü doğrusu..
Güzel haber şu ki, bu günlerde artık yapay organ üretmek bir ütopya olmaktan çıkmış durumda. 3D baskı teknolojisi son yıllarda çok hızlı bir gelişme gösterdi ve neredeyse duymayan kalmadı. 3D yazıcılar, teknolojinin el verdiği boyutlarda, yaratıcı fikirleri ve tasarımları hızlı bir şekilde gerçek modellere dönüştürüyor. Günümüzde başta endüstriyel üretim olmak üzere birçok alanda yaygın olarak kullanılan bu teknoloji, tıp alanında çığır açan yeni bir gelişmeye de imza atıyor: İnsan hücrelerinin kullanıldığı 3D bio-yazıcılar ile canlı doku ve organ üretimi. Hayal gücüne sınır tanımayan bu teknoloji, doku ve organ nakli ile hayat kurtarmak gibi can alıcı bir noktada insanlığa hizmet etmeye devam edeceğe benziyor.
Günümüzde birçok insan, çeşitli hastalıklar sonucunda organ yetmezliği ile karşı karşıya kalıyor. Ayrıca kanser veya yaralanmalar neticesinde birçok kişinin çeşitli vücut parçaları, doku ve organları mecburen ameliyatla alınıyor. Tüm bu insanlar için tek çare, kaybettiklerinin yerini alabilecek yeni bir parça, doku veya organ nakli. Dünya genelinde yaklaşık 400 bin kişi organ nakli için sırada bekliyor. Türkiye’de ise bu sayı 30 bin civarında. Organ nakli bekleme listesinde ilk sırada böbrek yer alıyor. Böbreği karaciğer, kornea, kalp, akciğer, pankreas ve kalp kapakçığı izliyor. Organ bağışı ve uygun donör sayısı ise ihtiyacı hiçbir zaman karşılamaya yetmiyor. Her yıl binlerce kişi organ nakli beklerken yaşamını yitiriyor. İşte tam da bu noktada, ihtiyaç duyulduğu anda gerçek doku ve organları hızlı ve seri bir şekilde üretebilecek bir teknolojinin varlığı gerçekten çok işe yarardı.
3D yazıcılar özellikle tıp alanında yeni atılımların yapılmasına olanak verdi. Bugüne kadar üç boyutlu yazıcılarda canlı dokuya ve biyolojik işlevlere zararlı olmayan malzemeler kullanılarak üretilen biyo-uyumlu protezler ve vücut parçaları, birçok insan için umut kaynağı olmuştu. Hastaların çeşitli nedenlerle parçalanan, kaybedilen ya da cerrahi müdahale ile çıkarılan kafatası, göğüs, çene, el, kol, bacak, kalça ve diz kapağı kemiklerinin ya da kıkırdak dokuların yerine titanyum tozu kullanılarak 3D yazıcıda üretilen vücut parçaları ekleniyordu. Titanyum vücuda uyum sağlayabilen bir madde olduğu ve doku tarafından reddedilme riski bulunmadığı için sıklıkla tercih edilen bir malzemeydi. Örneğin, kanserli bir çocuğun boyun kısmındaki hastalıklı kemik dokusu çıkarılarak yerine 3D yazıcıdan çıkan parça yerleştirilebiliyor. Gene aynı şekilde 2 yaşındaki bir çocuğa biyo-polimer bir malzeme kullanılarak üretilen bir soluk borusu takılabiliyor. 3D yazıcıyla kemik ve kıkırdak dokusu üretmekte en büyük gelişme ise Hollandalı bilim insanlarının, 2015 yılında ürettikleri kafatası implantıdır. Bu hastaya özel, dayanıklı plastik malzemeden üretilmiş olan implant, 22 yaşında, kemik rahatsızlığı olan bir hastaya yerleştirilmiştir. 3D yazıcılarda üretilen yüz, deri, burun ve kulak gibi vücut parçası örnekleri de vardır. 3D yazım, sadece sağlık sektöründe değil, aynı zamanda otomotiv, havacılık ve savunma endüstrilerinde ve daha birçok alanda birçok yeni uygulama imkânı bulan nispeten yeni ve hızla genişleyen bir üretim yöntemi oldu.
3D Bio-Yazıcılarla Canlı Doku ve Organ üretimi
Gün geçtikçe daha da önem kazanan ve insanların daha çok ilgisini çeken üç boyutlu yazıcı teknolojisi hızla gelişmeye devam ediyor. Şüphesiz şu anda en çok ilgi çeken konu ise 3D bio-yazıcılarda canlı organ ve doku baskısı alabilmek. Birkaç yıldır bilim insanları 3D bio-yazıcılar sayesinde canlı hücrelerin kullanıldığı çeşitli insan organları tasarlıyorlar. İlk 3D yazıcı ile canlı doku üretimi 2009'da Novagen 3D Printing Technology'le başlamıştır. İlk zamanlarda sadece doku baskısı alınabilirken artık bugünlerde organ baskısı alınabiliyor. Bu baskı teknolojisi en çok kemik ve kıkırdak dokusu baskısı için kullanılıyor. Hangzhou Elektronik Bilimler ve Teknoloji Üniversitesi’nde ise araştırmacılar 3D yazıcı sayesinde kulak ve burun doku baskısı alabiliyorlar. Araştırmacılar, 3 boyutlu doku veya organları bio-yazıcı kartuşu içindeki hücre ve benzeri bio-materyallerle sağlıyor. Örneğin bir çift insan kulağı çıkarabilmek için osteosit’leri kullanıyor. Araştırmacılar 3D bio-yazıcı kartuşu içindeki hücre ve benzeri bio-materyallerle kulak, burun ve yüz gibi çeşitli uzuvlar yapabiliyor. 3 boyutlu yazıcıda kemik ve kıkırdak dokusu dışında diğer organlar için de baskı teknolojisi geliştiriliyor.
2012 yılında 3D bio-yazıcı ile foto çapraz bağlama tekniği kullanılarak iç çapları domuz aort kapağından alınan hücreleri ile çapları 12-22 mm olan anatomik aort kapak iskeletleri 21 gün gibi kısa bir sürede üretildi. Aynı yıl başka bir çalışmada, bir insan kalbinden alınmış alginat jel yüklü kardiyomiyosit progenitör hücresi ile % 92 yaşayabilirliği olan invitro kalp üretmek için kullanıldı.
3D bio-yazım, Wake Forest Regenerative Tıp Enstitüsü'nden Dr. Anthony Attala tarafından başlatılmıştır ve kalp ve böbrek organ dokularını üretmek üzere uygulamaya konulmuştur; ve daha sonra Oxford Üniversitesi'nden Gabriel Villard, 4D bi0-yazıcı adını verdiği iki katmanlı farklı hücre baskısı yapan cihazı geliştirilmiştir.
2015 yılında 3 boyutlu yazıcıda (NovoGen MMX Bioprinter-Organovo) kullanılarak kalınlığı 500 mikron 'a kadar olan karaciğer dokusu üretildi. Bu karaciğer en az 40 gün doğal fiziksel yapısını koruyabiliyor ve tamamen işlevselliğini sürdürebiliyordu. Üretilen ilk karaciğerin sadece medikal çalışmalar ve ilaç araştırmaları için kullanılması planlanıyor.
Yine 2015 yılında, 3D bio-yazıcılarla insan gözünün optik performansını yakından taklit edebilen gözün şematik modelini tasarlamak için bilgisayar destekli tasarım kullanılmıştır. Laboratuvarlarda insan korneası taklitleri üretmek için, doğal kollajen ve fosfolipidler, donör insan kornealarının yapay ikame maddeleri olarak lazer profilli ve desenli sağlam hidrojellere basılmıştır.
Bio-yazıcıları diğer üç boyutlu yazıcılardan ayıran en önemli özellik kullanılan baskı malzemesi yani biyomürekkeptir. Mürekkep tüplerinin yani kartuşların içine doldurulan biyomürekkebin içeriğini metal, polimer ve termoplastik yerine canlı insan hücreleri oluşturuyor. Bu amaçla ya embriyonik kök hücreler ya da doku biyopsisi yöntemi ile herhangi bir organdan elde edilen yağ, kas, sinir, kemik iliği ve bağ dokusu hücreleri kullanılıyor. Kök hücrelerin 3D doku yapımında önemli bir rolü vardır, çünkü çeşitli araştırma gruplarının vurguladığı gibi karmaşık yapılar oluşturma potansiyeline sahiptirler.
Nature Biotechnology’de yayımlanan bir araştırmaya göre (2016), canlı hücrelerden 3D yazıcı ile kulak üretildi. Araştırmacılar daha önceden de canlı hücreler kullanarak 3D printer çıktıları üretmeyi başarmıştı, ancak bu çalışmaya kadar jelatinimsi küçük canlı materyal parçalarından fazlası üretilememişti. Bu zorluğun ise iki temel sebebi vardı; birincisi canlı parçalar büyüdükçe parçalanmaya daha müsait oluyorlar çünkü birbirlerine tutunmalarını sağlayan moleküler organizasyondan mahrum olabiliyorlardı. İkincisi ise daha iç kısımlarda veya yüzeyden uzak kısımlarda kalan hücrelerin oksijen yetersizliğinden ölmesi veya sağlıklı biçimde yaşamına devam edememesi sorunuydu. Son yıllarda, Dr. Atala ve arkadaşları bir şekle sahip, dengeli, insan ölçeğinde doku yapıları üretebilen entegre bir doku organ yazıcısı üretmeyi başardı (ITOP). ITOP (integrated tissue-organ printer) sistemi bugünkü bilinen yaşamsal boyutlarda, üstelik hücrelerin bir arada sağlıklı şekilde yaşayabildiği vücut parçalarının üretilmesini sağlıyor. Sistem ilk olarak, yapısal destek sağlayabilecek sertlikte bir madde ile hücre-dostu (hücre sağlığına zararsız) bir hidrojel (su bazlı jelimsi) yapışkanı birbirine karıştırıyor. Daha sonra bu yapay dokunun içinde oksijen kanalı olarak işleyecek boşluklar bırakıyor, böylelikle yüzeyden uzak kalan hücreler de oksijen yetmezliğinden ölüme terk edilmemiş oluyor. Araştırmacılar ITOP ile üretilmiş olan kemik, kas ve kıkırdak dokuyu farelere ve sıçanlara implant ettiklerinde, yazıcı ürünü bu materyallerin kan tedariği aldıklarını ve içyapılarının doğal dokuya benzemeye başladığını gözlemlediler. Keşfi gerçekleştiren bilim insanları şimdi FDA (Food and Drug Administration) ile işbirliği içinde insan deneylerine başlamayı hedefliyor. Bununla amaçlanan şey ise, ihtiyacı olan insanlara ihtiyaç duydukları vücut kısımlarını sağlıklı şekilde sağlamak ve hatta belki değiştirmek.
2016 Ağustos’unda BBC internet yayınında duyurulan bir habere göre, Fransız kozmetik firması L'Oreal, Organovo adlı biyo-mühendislik kuruluşunu yanına alarak 3D bio-yazıcıyla insan cildi üretmek üzere bir araya geliyor. Firma, basılı cildi ürün testlerinde kullanacağını bildirdi. Organovo, daha önce (2015) insan karaciğeri için 3D baskı yapabileceği iddialarıyla zaten adını duyurmuştu ancak bu durum kozmetik endüstrisi ile ilk bağlantısını oluşturuyor. L'Oreal şu anda plastik cerrahi hastaları tarafından bağışlanan dokulardan her yaşa ve etnik kökene göre cilt numuneleri üretiyor.
Diğer yandan, organ nakli bekleyen hastalar için 3D bio-yazıcı teknolojisi kolay ulaşılması ve maliyetinin düşük olması sebebiyle büyük önem taşıyor. Günümüzde bilim insanları minicik doku ve organ örneklerini 3D bio-yazıcılarda başarıyla üreterek bunların canlılığını korumayı başardılar. Üretilen bu dokuların ve minyatür organların kısa vadede ilaç denemelerinde, doku mühendisliğinde, toksikolojide ve tedaviye yönelik yenileyici tıp çalışmalarında kullanılması planlanıyor.
Bio-yazıcılarla doku üretiminde karşılaşılan ve organ üretilmeye başlanmadan önce aşılması gereken en büyük engellerden biri üretilen dokunun canlılığını koruyabilmesiydi. Canlı bir dokunun yaşamını sürdürebilmesi için dokunun besin ve oksijen iletimini ve atıkların uzaklaştırılması işlemini kendi kendine gerçekleştirmesi gerekiyor. Bu da ancak dokunun damarlaşması yani kan damarlarının oluşması ile mümkün olur. Son zamanlarda yapılan araştırmalarda 3D bio-yazıcılarda kan damarlarına sahip dokular da üretildi. Kan damarlarının üretiminde endotel, düz kas ve bağ dokusu hücreleri kullanıldı. Şimdilerde ise uzmanlar bio-yazıcılarda üretilen damarlı kas dokularını yapay olarak sürekli çalıştıracak ve güçlendirecek küçük cihazlar geliştirmeye çalışıyor. Bu cihazlar bio-yazıcıda üretilen kas dokusunun hastaya nakledilene kadar işlevini korumasına yardımcı olacak.
Bazı bio-yazıcılar ise hücreleri doğrudan hastanın hasar görmüş dokuları üzerine uygulayacak şekilde geliştiriliyor. Örneğin bio-yazıcı kafasındaki kartuşlara yerleştirilen deri hücreleri yanma veya yaralanma sonucu tahrip olmuş cilt yüzeyine doğrudan püskürtülebilecek. Kim bilir belki de önümüzdeki 20 yıl içinde ameliyatlarda kullanılan robotik kolların ucuna yerleştirilecek. Yüksek teknoloji ürünü bio-yazıcı kafaları hastanın vücudundaki hasarlı veya kanserli dokunun uzaklaştırılmasının ardından, sağlıklı hücreleri hedeflenen bölgeye doğrudan püskürterek dokunun hızlı bir şekilde iyileşmesine ve kendini yenilemesine olanak sağlayacak.
Bilim insanlarının uzun vadedeki hedefi ise, tedavisi sadece doku veya organ nakli ile mümkün olan çok daha fazla sayıda hastanın hayatını kurtarmak ve bunu da 3D bio-yazıcılarda üretilen dokular ve organlarla başarmak. Bio-yazıcılarda kişinin kendi vücut hücreleri kullanılarak üretilecek doku ve organların hastanın vücuduna nakledildikten sonra bağışıklık sistemi tarafından reddedilme riski de en aza indirilmiş olacak.
Tüm bu hızlı gelişmeler karşısında insan düşünmeden edemiyor: Tüm doku ve organların yenilenebilmesi mümkün olduğunda, insanoğlu sonsuz yaşamın kapılarını ardına kadar açabilecek mi?
Derleyen: Doç. Dr. Funda Aksu
Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi
Anatomi Anabilim Dalı Öğretim Üyesi
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder