Yapay organlar, doku mühendisliği uygulamalarından yararlanılarak veya mekanik malzemeler kullanılarak yaşamsal fonksiyonlarını yitirmiş organların geri kazanılmasını sağlamakta; bu kazanım organ yetmezliği yaşayan hastalar için hayati önem taşımaktadır. Hayati öneme sahip bu organlar yapısal olarak oldukça karmaşıktır ve fonksiyonlarının yapay malzemeler tarafından karşılanabilmesi oldukça güçtür. Organ yetmezliği genel olarak donörlerden elde edilen organların nakli ile tedavi edilmeye çalışılsa da, insandan insana gerçekleştirilen organ nakli yöntemi oldukça uzun bir süreci kapsamaktadır. Hastalar için en uyumlu olabilecek donörün beklenmesi, implante greftin akut reddinin önlenebilmesi ve doku uyumluluğunun kesinlikle sağlanması gereklilikleri, doku mühendisliği yöntemleri yardımıyla yapay doku ve organların geliştirilmesi çalışmalarını son derece önemli kılmıştır.
Doku Mühendisliği ve Biyomalzemeler
Doku mühendisliği, hastalıklı veya kaybedilmiş doku ve organların rejenerasyonu amacı ile yeni biyolojik eşdeğerlerinin geliştirilmesini temel alan bir rejeneratif tıp alanıdır. Bu yaklaşımlar üç ana başlık altında incelenmektedir: biyomalzeme kullanımı, yalnızca hücreler kullanılarak gerçekleştirilen hücresel tedavi yöntemi ve biyomalzeme, hücre ve biyomoleküllerin beraber kullanıldığı yöntem. Biyomalzemeler, hücreler için fiziksel destek sağlamanın yanında fonksiyonel dokuların oluşumunda gereken kimyasal ve biyolojik özellikleri de taşımaktadır.
3B Biyoyazıcılar ile Yapay Organ Üretimi
Biyoyazıcıları diğer 3B yazıcılardan ayrı tutan en önemli kriter, kullanılan baskı malzemesinin biyomürekkep olmasıdır. Mürekkep tüplerinin içine doldurulan biyomürekkebin içeriğini embriyonik kök hücreler ve doku biyopsisi tekniği ile elde edilmiş canlı insan hücreleri oluşturmaktadır. Bilim insanları, oldukça küçük boyuttaki doku ve organ örneklerini başarılı bir şekilde 3B yazıcılarda üretmektedir. Bu konudaki uzun vadeli amaç, kişilerin kendi vücut hücreleri kullanılarak elde edilen yapay doku ve organların hastanın vücuduna naklinden sonra, bağışıklık sisteminin bu yapay doku ya da organı reddetme riskini en aza indirmektir.
Hücresizleştirme İşlemi ve Organ Modelleri
Literatürde hücresizleştirme prosedürü ön plana çıkmaktadır; bu işlem, bir doku veya organın, hücreler arası maddeden oluşan bir iskelet kalacak biçimde canlı hücrelerden arındırılmasıdır. Elde edilen bu iskelet hücre bulundurmadığından immün sistem tarafından yabancı olarak algılanmamaktadır ve hastanın kendi hücrelerinin tekrar yerleştirilmesi ile yapay organlar elde edilmektedir.
- Yapay Böbrek: En verimli gelişmeler başta domuz, fare ve insan böbreği temel alınarak uygun deterjanların perfüzyonuyla böbreğin 3B iskelet yapısına zarar vermeden hücresizleştirme prosedürü sayesinde elde edilmiştir. Ayrıca, kalp tarafından kontrol edilen mikroçipler bulunduran ve hastanın kendi kanı ile çalışarak toksin maddeleri elimine eden, doku uyuşmazlığı riskini ortadan kaldıran biyonik böbrek çalışmaları mevcuttur.
- Yapay Kalp: Kalp iskeletinde gerekli iyonik ve iyonik olmayan kimyasal bileşenlerin perfüzyonu ile hücresizleştirme gerçekleştirilmektedir. Bunun yanı sıra, sentetik ve biyolojik materyallerin kombinasyonundan meydana gelen (örn. Carmat) ve klinik deney ortamlarında implante edilmiş birçok yapay kalp mevcuttur.
- Yapay Pankreas Sistemleri: Bu sistemler, diyabet hastalarında vücuttaki glukoz düzeyini sürekli düzenleyen insülini salgılamaktadır. Sistem, deri altına yerleştirilen yapay pankreas, bir sensöre bağlı kandaki glukoz seviyesini ölçen cihaz ve ne kadar insülin gerektiğini saptayan bir yazılıma sahip akıllı telefondan oluşmaktadır.
- Yapay Kornea: Görme yeteneğinin kaybolduğu durumlarda, su dolgulu polimerlerden oluşan yapay bir kornea geliştirilmektedir. Bu hidrojel tabanlı yapay kornea, mikroskobik boşluklar içermekte ve hücrelerin boşluklardan ilerleyerek çevreleyen doku ile birleşmesine yardım etmektedir.
- Biyonik Kulak (Koklear İmplant): Dış kısımdaki mikrofon aracılığı ile alınan ses enerjisi, elektrik enerjisine dönüştürülmekte ve implantın elektrotları üzerinden işitme sinirlerine ulaştırılarak beyindeki işitme merkezinde değerlendirilmektedir. Kulak rekonstrüksiyonu süreçlerinde ise MR görüntüleri alınarak 3B baskı yöntemi ile hastaya uygun anatomik modeller basılabilmektedir.
- Biyonik El: Kaybedilen elin işlevlerini yerine getirebilmesi için, elektrotları üst kol ya da ön kola bağlayarak miyoelektrik veya elektromiyogram (EMG) sinyalleri elde edilmektedir. Geliştirilen bir algoritma, bu elektrik sinyallerinin kodunu çözmekte ve biyonik eli hareket ettirmektedir. Son yıllarda sinyal dedektörü ile motor kontrolü arasında kablosuz iletişim kullanılarak hastanın yükünü azaltma ve rahatlığını artırma konusunda çalışmalar yürütülmektedir.
Yapay organların üretimindeki en önemli nokta immün sistemin bu organları kabul edip etmemesi ve insan vücudu ile yapay organın maksimum uyum içinde çalışabilmesidir. Yapılan çalışmalar bu uyumsuzluğu en aza indirmek ve en etkili tedavi yöntemini bulabilmek üzerine gerçekleştirilmektedir. Özellikle hücresizleştirme prosedürü uygulanarak geliştirilen yapay organlar, organ reddi olasılığını en aza indirmesi ve organın kişinin kendisine ait kök hücreler tarafından doldurulmasına imkan tanıması ile organ nakli bekleyen hastalar için büyük bir umut sağlayacaktır.
Bu içerik “Yeni Nesil Transplantasyon: Yapay Organlar ve Üretim Teknikleri” derleme yazısının bir özeti olarak hazırlanmıştır. Detaylı ve uzun versiyonuna linkten erişebilirsiniz: https://www.bioinforange.com/bioinforeviews/biyobilimler/biyomuhendislik/yeni-nesil-transplantasyon-yapay-organlar-ve-uretim-teknikleri/
