Doku mühendisliği, hasta bireylere nakledilmek üzere doku ve organların laboratuvar koşullarında üretilmesi ile ilgilenen bilim dalıdır. Doku mühendisliğinin potansiyeli her geçen gün artmaktadır. Yakın gelecekte, tasarlanmış dokular sayesinde organ naklinin tarihe karışması ve yeni ilaçların geliştirilmesi planlanmaktadır. Laboratuvar ortamında doku oluşturmak için hücrelerin birleştirilmesi haftalar süren bir süreç olabileceği gibi birkaç saniye de alabilir. Bu, dokunun boyutu veya türü ile ilgilidir. 0,0001 cm’den 10 cm’ye kadar ebatlarda peçete üretimi yapılabilmektedir. FDA tarafından onaylanan 5’ten az doku mühendisliği ürünü olmasına rağmen, birçok şirket bu ürünleri üretmek için yılda milyonlarca dolar harcıyor. Bu mühendislik dehası dokuların geniş bir alanda bulunabilmesi için sağlıklı hücrelerin kolaylıkla elde edilebileceği yeterli bir kaynak, yapı iskelesi ve biyoreaktörlere ihtiyaç vardır. Ürünlerin kısa ömürlü olmaması için iyi muhafaza edilmesi ve doku reddinin engellenmesi gerekmektedir.
* Hasarlı veya hastalıklı dokuları onarmak için 3 temel strateji vardır.
1. Yeni izole edilmiş veya kültürlenmiş hücrelerin nakli
2. Hücre ve iskelet iskelet yapıları ile laboratuvar koşullarında oluşturulan dokuların nakli
3. Kendini yenileme için yerinde doku gelişimi
Hücre bazlı nakil için hastadan veya donörden alınan hücrelerle hücre popülasyonları oluşturulur. Bu hücreler doğrudan hasarlı dokuya enjekte edilebilir veya toplandıktan sonra in vitro olarak biyolojik olarak parçalanabilen bir yapı iskelesi kullanılarak kültürlenebilir.
Doku kültüründe, hastadan veya donörden alınan hücreler, biyolojik olarak parçalanabilen bir yapı iskelesi ile birlikte laboratuvar koşullarında 3 boyutlu doku oluşturmak için kullanılır. Bu doku kültürü olgunluğa eriştiğinde hastanın dokularına nakledilir.
İskelenin doğrudan hasarlı dokuya implante edildiği ve vücuttaki hücrelerin uyarılarak lokal doku onarımına yardımcı olduğu tekniğe in situ rejenerasyon tekniği denir. Hücre nakli için kullanılacak kaynaklar, hasta bireylerden alınan otolog hücreleri, hastaya immünolojik benzerliği olmayan bir doku donöründen alınan allojenik hücreleri ve başka bir türden ksenogenik hücreleri içerir. Bu uygulamada sıklıkla kendi kendini tamir etme ve diğer hücre tiplerine farklılaşma yeteneğine sahip embriyonik kök hücreler kullanılabilmektedir.
Bu sürece ek olarak, olgunlaşma aşamasının farklı bölümlerinde yer alan hücre popülasyonu grupları (kök hücreleri ve progenitör hücreleri içeren) sürece dahil olabilir. Diğer bazı yöntemlerde ise kök hücre ayrıştırma ve zenginleştirme işlemi yapılmaktadır. Allojenik hücreler cilt, karaciğer ve diyabetik ülserlerin tedavisinde başarılı bir şekilde yer alabilir. Laboratuvar koşullarında canlı deriden yapılan FDA onaylı iki ürün, diyabet ve venöz cilt ülseri hastalığının tedavisinde zaten kullanılıyor. Bu iki üründen ilki, insan sünnet derisinden yapılan neonatal dermal fibroblastlardır. Bir hücre kültürü ortamında geliştirilen bu fibroblastlar, polilaktid kokkolit (su varlığında zamanla yok olabilen bir polimer) adı verilen bir yapı üzerine kuruludur. Hücreler, cilt benzeri hale gelinceye kadar biyoreaktörlerde kültürde kalır.
Diğer cilt ürünü hem üst dermal katmanları hem de dermal katmanları içerir. Dermal fibroblastlardan (vücut sıcaklığında jelleşebilen kollajen solüsyonunda bulunurlar) oluşan bu üründe, jel yapısı çok sayıda üst deri tabakası ile çevrilidir. Nakilden sonra, bu ürün, onarım işlemi sırasında konakçı cilt tarafından kısmen veya büyük ölçüde değiştirilir. Cilt ürünlerindeki fibroblast adı verilen yapılar, hücre dışı dolgu maddeleri salgılar ve diğer konakçı birey tarafından salgılanan moleküller ile etkileşime girer. Bu ürünler nakilden sonra altı ay dayanır.
Bir mühendislik dehası olan deri nakli işlemlerinin cilt aşınmalarını ve cilt yanıklarını tedavi etmedeki başarısı, pankreas ve karaciğer hasarını tedavi etmekten çok daha kolaydır. Fibroblastların veya keratinositlerin üretimi, pankreas adacık hücreleri ve hepatositler olan hepatositlerin üretimine kıyasla nispeten kolaydır.
Vücuttaki eklem kıkırdak dokusunu onarmak için FDA onaylı otolog hücresel bir ürün kullanılır. Hastanın hasarlı diz eklem yapısının sağlıklı kısmından alınan kıkırdak doku parçası geliştikten sonra hasarlı bölgeye transfer edilir. Bu yaklaşıma benzer şekilde, parçalanmış kemik iliği hücrelerinden türetilen mezenkimal kök hücreler, kültür ortamında farklılaşmaya teşvik edilir. Bu işlem sonucunda elde edilen hücreler kemik, tendon ve kıkırdak hasarlarını tedavi etmek için kullanılır.
Hastanın ve vericinin kendi hücreleri zaten tedavide kullanılabiliyorsa embriyonik kök hücrelere neden bu kadar ilgi var? Kök hücrelerin doğasında bulunan nitelikler bu sorunun cevabıdır. Embriyonik hücrelerin bu kadar çok kullanılmasının nedeni, laboratuvar ortamında farklılaşmamış bir aşamada gelişebilmeleri ve farklı hücre tiplerine kaynak olabilmeleridir. Erişkin bireylerin kemik iliği hücrelerinden elde edilen kök hücreler (sitokinler tarafından uyarıldıktan sonra) birçok kan hastalığının iyileşmesinde görev alırlar.
Son zamanlarda yapılan uygulamalarda kemik iliğinden alınan bu kök hücrelerin karaciğer hücrelerine, kalp kası hücrelerine ve akciğer dokusuna dönüşebildiği gözlemlenmiştir. Karaciğer hastalığı, bir hayvan modelinde kemik iliği nakli ile tedavi edildi. Osteoporoz tedavisinde tasarlanmış kemik dokusunun kullanılması, süreci hızlandırma kalitesine sahiptir. Ayrıca kemik oluşumundan doğrudan sorumlu hücrelerin seçimi iyileşmeyi hızlandırır.
Mikro sirkülasyondaki kan damarları
Biyomühendisliğin modifiye ürünleri olan doku hücreleri vücuda uygulandıktan birkaç saat sonra oksijen tüketmeye başlar. Ancak kan damarlarının vücuda yerleştirilen implantların dokulara dönüşmesi için besin ve oksijen sağlaması günler alabilir. Bu sorunu aşmak için laboratuvar ortamında geliştirilen hücre nakli yöntemi hastanın karaciğer veya dalağının doğrudan damar bölgelerine naklediliyor. Doğrudan insan karaciğer dokusuna sıkıştırılan hepatositlerin, karaciğer yetmezliğinin üstesinden gelmek için gerekli biyokimyasal nitelikleri sağladığı gözlemlenmiştir. Pankreatit adacık hücreleri, oldukça damarlı bir organ olan karaciğere transfer edildi ve diyabetik hastalarda birkaç ay içinde iyileşme gözlendi.
Mevcut vasküler yatak yapıları, tendon ve kemik gibi vücut yapılarını tedavi etmeye yönelik implantlarda kullanılmaz. Şaşırtıcı bir şekilde, biyomühendislik ürünü derilerin damar oluşumunu hızlandırdığı gözlemlendi. Bunun nedeni, cilt ürünlerinin fibroblastlardan vasküler büyüme faktörleri üretebilmesidir. İn vitro olarak oluşturulan vasküler yataklara olan ihtiyaç, birçok kök hücrenin ve pro-onkojenik yapının ortak bir özelliği ile giderilebilir: düşük oksijen koşullarında sağlamlıkları. Kemik dokusu hücrelerini içeren küçük parçalar hasarlı kemik bölgesine enjekte edildiğinde, implanttaki kan damarları hasarlı damarlarla birleşir. Gelecekteki çalışmaların amacı, nakil için tamamen vaskülarize edilmiş ve ameliyat sırasında kişinin kan damarlarına kaynaşmış uygun boyutlarda damarlara sahip dokular oluşturmaktır.
Doku mühendisliğinin önümüzdeki on yılda bilim üzerindeki en büyük etkisi, kuşkusuz, hastalıkların nedenlerini incelemek ve moleküler düzeyde tedaviler geliştirmek için bir dizi yeni modelin geliştirilmesi olacaktır.
kaynak:
Hench, LL, ve Polak, JM, “Third-Generation Biomedical Materials”, Science, 8 Şubat 2002
yazar: bronzlaştırıcı tonik
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]