3D boyutlu yazıcılar birkaç yıl önce üzerlerindeki patent engeli ortadan kalkar kalkmaz hızla tüm dünyada yayılmaya başladı. Önceleri plastik benzeri malzemelerle model ve demolar basmak için kullanılan yöntem, bugün artık farklı malzemeler ve farklı ihtiyaçlar doğrultusunda bir dizi metalurji araştırmasının başlamasına da itici güç oldu.
Son bir kaç yıl içinde daha önce canlı dokular kullanılarak üretilen protez ve laboratuvar ölçekli dokulara ilişkin onlarca çalışma yayımlandı. Bunun yanında endüstriyel amaçlı olarak toz metalurjisi ve metal baskı alabilen çeşitli yöntemler de her geçen gün hızla yaygınlaşıyor.
Hatta inşaat alanlarında beton dökmek için kullanılan büyük çimentolu yazıcılar bile çıktı. Üstelik NASA bu yöntemi otonom hareket edecek yazılımlarla birleştirip Mars’a küçük işçi robotlar göndermeyi ve inşaat işlerini bu robotlara yaptırmayı planlıyor.
Konuyla ilgili tüm bunlar olurken Tel Aviv Üniversitesi’nden araştırmacılar, büyük bir tıbbi buluşa imza atarak; bir hastanın kendi hücre ve biyolojik materyallerini kullanıp, dünyanın ilk vaskülarize 3D mühendislik 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 çalışırlar), şimdiye dek yalnızca kan damarları olmayan basit dokuları yazdırmakta başarılı olmuşlardı.
TAU Moleküler Hücre Biyolojisi ve Biyoteknoloji Fakültesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Tal Dvir; “Bu ilk defa birinin; içinde hücrelerin, kan damarlarının, ventriküllerin ve odaların bulunduğu bir kalbin tamamını başarılı bir şekilde yazdırması oldu” açıklamasında bulundu. Profesör Dvir, Nanobilim ve Nanoteknoloi Merkezi ve Sagol Rejeneratif Biyoteknoloji merkezinde yürüttüğü çalışmalarla bu başarıya öncülük ediyor.
“Eğer mühendislik ürünü bir kalp geliştirirseniz; bu yapay organ, hastaya immünolojik, hücresel, biyokimyasal ve anatomik olarak tam anlamıyla uyumlu olacaktır”
Kalp hastalığı, Amerika Birleşik Devletleri’nde hem erkek hem de kadınlar arasında en çok görülen ölüm nedenidir. Kalp nakli, şu anda son dönem kalp yetmezliği olan hastalar içinse mevcut olan tek tedavidir. Kalp donörlerinin korkunç sıkıntısı göz önüne alındığında, hastalıklı kalbi yeniden oluşturmak için yeni yaklaşımlar geliştirme ihtiyacı acildir.
Prof. Dvir, “Bu kalp, insan hücrelerinden ve hastaya özgü biyolojik malzemelerden üretildi. Bu yöntemle birlikte, bu malzemeler -biomürekkepler, şeker ve proteinlerden yapılmış maddeler-, karmaşık doku modellerinin 3D baskısı için kullanılabilecek. İnsanlar geçmişte bir kalbin yapısını 3 boyutlu olarak basmayı başarmışlardı, ancak hücrelerle ya da kan damarlarıyla birlikte değil. Çalışmamızın sonuçları, gelecekteki kişiselleştirilmiş doku ve organ değiştirme mühendisliği gibi uygulamalara bir potansiyel oluşturuyor.”
Kişiye Özel Mühendislik Ürünü Organ
Çalışma; Profesör Dvir, yine TAU’dan Yaşam Bilimleri Fakültesi’ndan Dr Assaf Saphira ve Profesör Dvir’in laboratuvarında doktora çalışmas yürüten Nadav Moor’un iş birliği ve ortakalaşa çabası sonucunda hayata geçti.
Dvir, “Bu aşamada 3D kalbimiz henüz küçük, bir tavan kalbi büyüklüğünde. Ancak daha büyük bir insan kalbi yazdırmak için de aynı teknoloji geçerli”. dedi.
Araştırma için hastalardan bir yağlı doku biyopsisi alındı. Dokunun hücresel ve hücresel olmayan bölümleri daha sonra ayrıldı. Hücreler pluripotent kök hücre olacak şekilde yeniden programlanırken, 3 boyutlu bir kollajen ve glikoprotein gibi hücre dışı makromolekül ağı olan hücre dışı matrisi (ECM), “mürekkep” olacak şekilde kişiselleştirilmiş bir hidrojelden hazırlandı.
Hücreler hidrojelle karıştırıldıktan sonra, kalp ve endotel hücreleri yüksek verimli olacak şekilde birbirlerinden ayrıştırıldı. Böylece kan damarları ve tüm dokularıyla tamamen bağışıklı sistemin uyumlu ve hastaya özgü kalp oluşturuldu.
Prof. Dvir’e göre, hastaya özgü “doğal” malzemelerin kullanımı, doku ve organların başarılı bir şekilde mühendisliği için çok önemli. Prof. Dvir, “Tasarlanan malzemelerin biyouyumluluğu, bu tür tedavilerin başarısını tehlikeye atan implant reddi riskini ortadan kaldırmak için çok önemli” diyor. “İdeal olarak, biyomateryal hastanın kendi dokularının aynı biyokimyasal, mekanik ve topografik özelliklerine sahip olmalıdır. Burada immünolojik, hücresel ve biyokimyasal olarak hastanın bedeniyle tamamen uyuşan, 3 boyutlu olarak yazdırılmış; kalın, vaskülarize ve perfüze edilebilir kardiyak dokuları kayda geçirmiş bulunmaktayız.“
Araştırmacılar şu anda laboratuvarda 3 boyutlu olarak yazdırılmış kalpleri kültürlendirmeyi ve onlara “kalp gibi davranmayı öğretmeyi” planlıyorlar. Daha sonra 3D model kalpleri hayvan modellerinde nakletmeyi planlıyorlar. Ardından bu kalpler hayvanlara nakledilerek klinik testler başlayacak.
Profesör Dvir, “Basılı kalbi daha da geliştirmemiz gerekiyor” diyor. “Hücreler henüz bir pompalama kabiliyeti kazanmaya ihtiyaç duyuyor; şu anda büzüşebiliyorlar, ancak birlikte çalışmaları için bir miktar daha çalışmaya ihtiyacımız var. Bu yeni yöntemin etkinliğini ve kullanışlılığını kanıtlayacağımızı umuyorum.”
“Yöntemimiz belki de, on yıl içinde dünyanın en iyi hastanelerinde organ yazıcılarda kullanılacak ve bu işlemler artık rutin olarak uygulanacak.”
