Bir inşaat yaparken tuğlaları rastgele üst üste koyamazsınız; önce sağlam bir demir-çelik iskelete ihtiyacınız vardır. Doku mühendisliğinde de durum farksızdır. Laboratuvar ortamında yeni bir deri, kemik veya kıkırdak üretmek için hücreleri bir arada tutacak, onlara "ev sahipliği" yapacak üç boyutlu bir yapıya ihtiyaç vardır. İşte bu yapıya İskelet (Scaffold) denir.
Bu yazımızda, hücrelerin tutunup çoğalmasını sağlayan ve modern tıbbın sınırlarını zorlayan polimerik iskelet teknolojilerini inceliyoruz.
İnsan vücudunda hücreler boşlukta yüzmezler; "Hücre Dışı Matriks" (ECM) adı verilen doğal bir ağın içinde yaşarlar. Doku mühendisleri, hasarlı bir dokuyu onarmak istediklerinde bu doğal ortamı taklit etmek zorundadır.
Scaffold (İskelet); hücrelerin üzerine ekildiği, beslenip çoğaldığı ve zamanla yeni dokuyu oluşturduğu geçici, yapay bir destek yapısıdır.
İskelet malzemesi olarak metaller veya seramikler de kullanılsa da, en popüler ve çok yönlü malzeme grubu Polimerlerdir. Polimerler iki ana sınıfa ayrılır:
Vücudun zaten tanıdığı, canlı organizmalardan elde edilen polimerlerdir.
Kolajen: Dokularımızda en bol bulunan proteindir. Özellikle deri ve kıkırdak üretiminde kullanılır.
Kitozan: Karides ve yengeç kabuklarından elde edilir. Antibakteriyel özelliği vardır ve yara örtülerinde sıkça kullanılır.
Aljinat: Kahverengi deniz yosunlarından elde edilir. Su tutma kapasitesi yüksektir, jel formundaki iskeletler için idealdir.
Avantajı: Biyouyumlulukları mükemmeldir, hücreler bu yüzeyleri sever.
Dezavantajı: Mekanik dayanımları düşüktür ve vücut içinde çok hızlı eriyebilirler.
Mühendislerin özelliklerini istediği gibi ayarlayabildiği yapay polimerlerdir.
PLA (Polilaktik Asit): Mısır nişastasından üretilir. Serttir ve kemik doku mühendisliğinde sıkça kullanılır.
PGA (Poliglikolik Asit): Çok hızlı erir, genellikle PLA ile karıştırılarak (PLGA) kullanılır.
PCL (Polikaprolakton): Çok yavaş erir (2-3 yıl sürebilir) ve oldukça esnektir. Uzun vadeli destek gereken durumlarda tercih edilir.
Avantajı: Mekanik dayanımları yüksektir, erime süreleri kontrol edilebilir ve seri üretime uygundur.
Dezavantajı: Hücre tutunması doğal polimerler kadar iyi değildir (Yüzey modifikasyonu gerekebilir).
Bir polimerin başarılı bir scaffold olabilmesi için şu özellikleri taşıması gerekir:
Gözeneklilik (Porosity): İskelet sünger gibi delikli olmalıdır. Hücrelerin içine yerleşebilmesi, oksijenin ve besinlerin en derin noktalara ulaşabilmesi için gözeneklerin boyutu ve birbirine bağlı olması kritiktir.
Biyobozunurluk (Biodegradability): Buradaki amaç kalıcı bir implant yapmak değildir. Hücreler çoğalıp kendi doğal iskeletlerini ürettikçe, yapay iskelet yavaşça eriyip kaybolmalıdır.
Mekanik Dayanım: İskelet, yeni doku oluşana kadar üzerine binen yüke (örneğin kemikteki basınca) dayanabilmelidir.
Yüzey Kimyası: Hücrelerin yüzeye yapışmasını teşvik etmelidir.
Polimerleri 3 boyutlu iskeletlere dönüştürmek için ileri teknolojiler kullanılır:
Elektro-eğirme (Electrospinning): Polimer çözeltisinden elektrik akımı yardımıyla nano boyutta lifler (fiberler) üretilir. Bu yöntem, doğal hücre dışı matrisin yapısını en iyi taklit eden yöntemdir.
3D Biyobaskı: Bilgisayar destekli tasarım ile polimer ve hücreler katman katman basılarak kişiye özel iskeletler üretilir.
Dondurarak Kurutma (Freeze Drying): Polimer çözeltisi dondurulup suyu uçurularak (süblimleşme) süngerimsi, gözenekli yapılar elde edilir.
Doku mühendisliği iskeletleri, vücudun kendini iyileştirme kapasitesini artıran teknolojik şaheserlerdir. Doğal polimerlerin biyolojik uyumu ile sentetik polimerlerin mekanik gücünü birleştiren "hibrit iskeletler", gelecekte organ nakli bekleme listelerini ortadan kaldıracak en güçlü adaylardır.
