D Doku Mühendisliği ile Yedek Organlara Doğru

Yrd. Doç. Dr., UNAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü Bilkent Üniversitesi

Doku Mühendisliği ile

Yedek Organlara Doğru

D

göre tedavi odaklı olduğu için yan etkile-rin mümkün olan en az seviyede olması beklenir. Doktorlar hastalardaki rahatsızlıkları tes-pit ettikten sonra biyologlara bu sorunun temelin-de yatan biyolojik bilgi için danışırlar. Buradan el-de edilen bulgularla sorunun ne olduğu ve teda-vi için gerekli olan yöntemle ilgili ihtiyaçlar belirle-nir. Daha sonra kimyagerler ve malzeme mühendis-leri gerekli olan araçları ve ilaçları üretmek için ça-lışmalar gerçekleştirirler. Geliştirilen araçlar doktor-lara iletilir ve hastalıkdoktor-lara çareler bulunmaya çalışı-lır. Doku mühendisliği, mümkün olan en iyi çareyi

bulmak için biyolojik mekanizmanın nasıl çalıştığı-na, biyolojik etkileşimlere müdahale etmek için na-sıl davranmak gerektiğine uzmanlık seviyesinde ha-kim olmalıdır. Hassas etkileşimlerin en küçük ay-rıntılarına kadar öğrenilmesi ve dikkat edilmesi ba-şarıya ulaşmada büyük önem taşımaktadır.

Doku mühendisliğinde tedavi için ilk baş vu-rulan yöntemlerden birisi vücuttaki hasta bölge-ye büyüme faktörleri gibi bazı biyo-aktif molekülle-rin doğrudan enjekte edilmesidir. Büyüme faktörle-ri hücre gelişimi ve çeşitlenmesi mekanizmalarında görev yapan doğal proteinlerdir. Büyüme faktörle-rinin doku oluşumunda önemli rolü olduğu bilin-mektedir. Vücudun farklı bölgelerinde hasarları ta-mir etmekte farklı büyüme faktörleri görev almak-tadır. Örneğin, kemiklerde oluşan kırık ve çatlakla-rın tedavi edilmesinde, kemik hücrelerinin gelişimi-ni sağlamak için kemik morfojenez proteinleri ge-rekmektedir. Kemikte oluşan hasarın giderilmesinin mümkün olmadığı ya da iyileşmenin çok yavaş ol-duğu durumlarda, kemik büyüme faktörleri doğru-dan hasarlı bölgeye uygulanarak kemik hücrelerinin hasarı tamir etmesi sağlanır.

Bazı ciddi rahatsızlıklarda, tedavi için sadece biyo-aktif moleküllerin doğrudan enjeksiyonu ye-terli olmayabilir. Bu durumlarda daha etkin bir te-davi için hastadan alınan sağlıklı hücrelerin

çoğaltıl-Dünyada ve ülkemizde, organ yetmezliğinden dolayı hastanelerde tedavi gören ve

organ bağışıiçin sıra bekleyen pek çok hasta bulunmaktadır. Organ naklinin

yapılabilmesi için uygun bağışçıların bulunabilmesi çok uzun ve acılı bir süreçtir.

Operasyon sonrasında da nakledilen organı vücuda kabul ettirebilmek için yan etkileri

kaçınılmaz olan, bağışıklık sistemini zayıflatıcı ilaçlar kullanılır. Son yıllarda yapılan,

doku mühendisliği alanındaki bazı çalışmalar organ naklindeki zorlukların aşılması için

ümit veriyor. Bu çalışmalar neticesinde, yakın zamanda doku mühendisliği çalışmaları

ile yapay organlar üretilmesi mümkün olabilir. Doku mühendisliği alanında çok hayati

önemi olan sağlık ürünlerinin üretilmesi için, doktorlar, kimyagerler, biyologlar ve

malzeme mühendisleri ortak çalışmalara imza atıyorlar.

Mustafa Özgür Güler

ması yöntemiyle yeni doku oluşumu sağ-lanır. Hücreler sağlıklı yaşayabilmek için doğal ortamlarına benzeyen yapay bir matris içinde bulunma ihtiyacı hisseder-ler. Bu matris hücrelerin yaşaması için ge-rekli olan besin, oksijen ve mekanik des-teği sağlamalıdır. Bir başka deyişle hücre-ler ile aynı dili konuşabilecek bir malzeme oluşturulması gerekir. Bu malzemenin ta-sarımı için en önemli model, doğal reler arası ortamdır. Yapay matrisler, hüc-relerin yaşamsal faaliyetlerinin devamını sağlamanın yanı sıra hücrelerin çeşitlen-mesine ve istenen dokuyu oluşturmasına yardımcı olmalıdır. Doku mühendisliğin-deki en önemli konulardan birisi, gerek-li yapay matrislerin ne şekilde tasarlanma-sı ve sentezlenmesi gerektiğidir. Matris, hücrelerin rahatça beslenip oksijen alma-sına, hareket edip çoğalmalarına ve hüc-reler arası etkileşimin sağlanmasına yar-dımcı olmalı ve tedavi bittikten sonra do-ğal yollardan yok edilebilmelidir. Hücrele-rin doğal yaşam ortamını oluşturan hüc-reler arası matristen gerekli olan bilgiler öğrenilmeli ve yapay matrisler için uygu-lanmalıdır. Doğal hücreler arası matris ile etkileşim halindeki birçok biyo-aktif mo-lekül, hücrelerin yaşaması için çok önem-lidir. Örneğin, kolajen ismindeki protein-ler tutucu proteinprotein-ler aracılığı ile hücreprotein-lere mekanik destek verirler. Hücrelerin üze-rindeki integrin sınıfı proteinler de kola-jenlere tutunmak için kullanılırlar. Do-ğal hücreler arası matris, içerisinde büyü-me faktörleri de barındırır. Bazı büyübüyü-me faktörlerinin yardımı ile damar oluşumu sağlanarak hücrelere besin ve oksijen ta-şınması mümkün olur. Özet olarak yapay matrisler tasarlanırken birçok biyo-aktif molekülün doğru ve yerinde kullanılma-sı gerekmektedir. Doku mühendisliğinde kullanılan matrisler bazı doğal veya sen-tetik malzemelerden yapılmaktadır. Bu matrisler en azından herhangi bir yan et-kisi olmayan ve hücrelerin yaşamasına en-gel olmayan ve görevi bittikten sonra do-ğal yollardan uzaklaştırılabilen malzeme-ler olmalıdırlar. Doğal sistemmalzeme-lerden elde edilen matrislerden bir kısmı kolajen, ki-tozan ve glikozaminoglikenlerden oluş-maktadır. En çok kullanılan sentetik

mat-rislerin başında da poli laktik asit, poli gli-kolik asit, poli kapralakton ve bir araya ge-lerek nanofiberler oluşturan moleküller gelmektedir. Doğal polimerler kolayca el-de edilebilir olmasına rağmen, saflaştır-ma sonrasında içlerinde kalan hayvanlar-dan veya mikroorganizmalarhayvanlar-dan gelebile-cek biyolojik kirlilik büyük tehlike oluş-turmaktadır. Yapay polimerler, genelde kirlilikten kurtulmaya yardımcı olmakla beraber kimyasal tanımlanma, işlenebilir-lik ve biyolojik aktifişlenebilir-lik açılarından sorun-ludurlar. Matris üretiminde

kullanılabile-cek en ideal malzemelerden birisi bizim daha önce araştırmalarımızda geliştirdiği-miz programlanabilen moleküllerin oluş-turduğu nanofiberlerdir. Bu çeşit malze-me kullanılarak yapılan matrisler biyolo-jik olarak aktif, zararsız ve tanımlanabilen küçük moleküllerden oluşmaktadır. Peptit içeren moleküller bir araya gelerek nano-metre ölçeğinde kolajen nanofiberlerine benzeyen yapılar oluşturabilmektedir. Bu nanofiberler, üç boyutlu bir ortamda su-yu hapsedebildikleri için hücrelerin yaşa-yabileceği uygun ortamlarda önemli biyo-aktif molekülleri taşıyabilirler. Peptitler-den üretildikleri için de zamanla vücut-ta bulunan enzimler vücut-tarafından eritilirler. Peptitler içeren nanoyapıların oluş-turduğu ortam protein etkileşimleri için biyo-aktif gruplar ile tasarlanabilir ve iç bölümde bazı ilaçlar kontrollü salınım için taşınabilir. Farklı kimyasal ve biyolo-jik grupların bu nanoyapılar üzerinde kul-lanılabilmesi ile çok farklı doku mühen-disliği uygulamaları mümkün olmaktadır. Biyo-aktif peptidik nanoyapıların omuri-lik felci tedavisinde bir farede sinir hüc-releri geliştirilmesiyle ve bir tavşanın ku-lağındaki yaraların damarlaşma

sağlana-rak hızlı iyileştirilmesi için nasıl kullanıl-dıkları gösterilmektedir. Bu malzemele-rin yakın zamanda ilaç olarak üretilebil-mesi için gerekli klinik deneyler halen de-vam etmektedir. Doku mühendisliği, kan-ser tedavisinde de yardımcı olabilir. Kan-serli dokuların cerrahi yöntemlerle uzak-laştırılmaları sonrasında oluşan boşlu-ğun, aktif doğal doku ile doldurulması ge-rekmektedir. Şu andaki cerrahi teknikler-le vücudun bir bölgesinden diğer bölgesi-ne doku nakli yapılması mümkün olsa da nakledilen dokunun beklenen görevleri yerine getirmesi zordur. Bu yüzden uzak-laştırılan dokunun yerine benzer bir do-ku üretme ihtiyacı vardır. Örneğin, cer-rahi yöntemlerle alınan bir dil parçasının yerine herhangi bir deri dokusu yerleşti-rilmesi çare olamaz. Tat alma duygusunun tekrar gelişebilmesi için doğal dil dokusu-nun üretilmesine ihtiyaç vardır. Kök hüc-re çalışmalarında yapılan araştırmaların sonuçlarının ortaya çıkması ile doku mü-hendisliğinin uygulama alanlarının ne ka-dar geniş olduğu görülmektedir. Kök hüc-relerinin birçok yeni doku ve organı üret-mek için kullanılması planlanmaktadır. Özellikle tedavisi henüz mümkün olma-yan felç ve kalp krizi gibi durumlarda ye-ni tedavi yöntemlerine ihtiyaç vardır. Kalp krizi geçiren hastaların kalbinde oluşan zararın tedavi edilmesi en önemli uygu-lamaların başında gelmektedir. Kalp hüc-relerinin çoğalmayan hücreler olması kök hücrelerin kullanılmasını gerektirmekte-dir. Yeni üretilecek yapay matrisler, biyo-aktif moleküller ve hücrelerin kullanıl-masıyla, organ yetmezliği çeken hastala-rın kendi organlahastala-rının yeniden üretilme-si, yakın zamanda mümkün olacaktır. Ha-yat kalitesinin yükseltilmesi için bu tür bi-yoteknoloji çalışmaları büyük önem taşı-maktadır. Kısa vadede doku mühendisliği çalışmalarıyla bulunacak çareler ile kemik kırıklarının, ciddi yanıkların, felçlerin, di-yabetik hastaların ve kalp krizlerinin teda-visi gerçekleştirilebilecektir.

Kaynaklar

Ratner, Buddy D., Biomaterials Science-An Introduction to Materials in Medicine, Elsevier, 2004.

Lanza, Robert P., Robert S. Langer, William L. Chick, Principles of Tissue Engineering,

Academic Press, 1997.

Bilim ve Teknik Temmuz 2009

> <