doku mühend‹sl‹ - TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
doku mühend‹sl‹ - TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
doku mühend‹sl‹ - TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
‹nsan vücudu hiyerarflik biçimde<br />
düzenlenmifl son derece kompleks bir yap›.<br />
Vücudumuz sistemlerden, sistemler organlardan,<br />
organlar <strong>doku</strong>lardan, <strong>doku</strong>lar ise<br />
hücreler <strong>ve</strong> hücre d›fl› matristen (ECM) olufluyor.<br />
Hücrelerin bir araya toplanmas› <strong>ve</strong><br />
<strong>doku</strong> yenilenmesinin gerçekleflmesinde<br />
ECM’ nin önemi pek çok araflt›rmac› taraf›ndan<br />
vurgulanm›flt›r. Hücre d›fl› matris, hücreler<br />
için üç-boyutlu bir mikroçevre oluflturur.<br />
Hücrelere fiziksel bir destek sa¤lamas›n›n<br />
yan› s›ra hücre-hücre etkileflimlerini organize<br />
eder <strong>ve</strong> hücrelerin yap›flmas›, göçü,<br />
ço¤almas›, farkl›laflmas› <strong>ve</strong> matris birikimi<br />
için çeflitli biyokimyasal <strong>ve</strong> biyofiziksel uyar›lar›<br />
yapar.<br />
ECM, ipliksi (fibröz) proteinler <strong>ve</strong> glikozaminoglikan<br />
yan zincirlerine sahip proteoglikanlar›n<br />
fiziksel <strong>ve</strong> kimyasal olarak çapraz<br />
ba¤lanmas›yla oluflmufl bir a¤ yap›s›na<br />
sahip. Ayr›ca, çeflitli moleküller (örne¤in büyüme<br />
faktörleri, sitokinler) <strong>ve</strong> iyonlar da bu<br />
a¤ yap›ya ba¤lanm›flt›r. ECM proteinleri, temel<br />
olarak 20’den fazla farkl› türdeki kollajen,<br />
elastin, fibronektin <strong>ve</strong> lamininden oluflmakta.<br />
Do¤al ortamda, yani vücut içerisinde<br />
bu makromoleküler yap›daki ECM bileflenleri<br />
hücreler taraf›ndan sentezleniyor <strong>ve</strong> daha<br />
sonra <strong>doku</strong> geliflimi <strong>ve</strong> onar›m› boyunca<br />
matrisi oluflturmak üzere düzenleniyorlar.<br />
ECM proteinleri içinde tip I kollajen, ECM’<br />
nin mikroipliksi yap›s›n›n oluflumuyla ilgili.<br />
Yaklafl›k olarak 300 nm uzunlukta <strong>ve</strong><br />
1,5 nm çap›ndaki bu moleküller, kollajen iplikçiklerini<br />
(fibrillerini) olufltururlar. Bu iplikçikler,<br />
farkl› <strong>doku</strong> türlerinde farkl› desenler<br />
oluflturacak flekilde düzenlenirler <strong>ve</strong> <strong>doku</strong>ya<br />
gerekli fiziksel <strong>ve</strong> mekanik özellikleri<br />
sa¤larlar. Kollajen iplikçikler bir araya gelerek<br />
kollajen lifleri olufltururlar. ECM’nin hiyerarflik<br />
yap›s› birkaç nanometreden<br />
(nm) milimetreye (mm)<br />
kadar de¤iflen boyut skalas›na<br />
sahiptir. Hücresel ifllevler <strong>ve</strong><br />
bunlarla ilgili özellikler bu skalada<br />
kontrol edilir. Elektron demeti<br />
litografisiyle haz›rlanan<br />
nanodesenli yüzeylerdeki hücre<br />
kültür çal›flmalar›, hücrelerin<br />
nanoölçekteki boyutlara son<br />
derece hassas olduklar›n› <strong>ve</strong> 5<br />
nm kadar küçük nesnelerle bile<br />
etkileflebildiklerini göstermifl.<br />
‹flte bu etkileflim, ECM’nin nanoboyuttaki<br />
yap›sal özelliklerinin<br />
sonucudur.<br />
B‹L‹M <strong>ve</strong>TEKN‹K<br />
DOKU ‹SKELELER‹<br />
4 Ekim 2007<br />
FABR‹KASYONu<br />
Hücred›fl›<br />
matrisin (ECM)<br />
yap›s›.<br />
Doku ‹skelesi<br />
Doku iskeleleri yukar›da sözü edilen<br />
ECM’yi taklit edecek biçimde tasarlanan yap›lar.<br />
K›sacas›, yapay bir “hücre d›fl› matris”<br />
olarak düflünülebilirler. Doku mühendisli¤inin<br />
üç temel bilefleninden biri olan <strong>doku</strong> iskeleleri,<br />
hücreler için uygun yap›flma yüzeyi<br />
oluflturmalar›n›n yan› s›ra, mekanik dayan›m<br />
sa¤lamakta, fizyolojik <strong>ve</strong> biyolojik de¤iflikliklere<br />
cevap <strong>ve</strong>rmek için çevre <strong>doku</strong> ile<br />
etkileflimin kurulmas›na yard›mc› olmakta;<br />
ayr›ca gerçek hücre d›fl› matrisin yeniden<br />
oluflumuna katk›da bulunmaktad›r.<br />
Doku iskelesi üretiminde kullan›lacak<br />
malzemelerin seçimi çok önemli. Malzeme<br />
biyouyumlu olmal›, yani vücut içine yerlefltirildi¤inde<br />
istenmeyen <strong>doku</strong> tepkilerine yol<br />
açmamal› <strong>ve</strong> ayn› zamanda hücre yap›flmas›n›<br />
<strong>ve</strong> ifllevini art›r›c› yüzey kimyas›na sahip<br />
olmal›. Hücreler yeni ECM oluflturacak kapasiteye<br />
ulaflt›klar›nda iskeleye ihtiyaç kalmayaca¤›ndan,<br />
<strong>doku</strong> iskelesinin vücut ortam›nda<br />
parçalanabilen bir malzemeden (biyobozunur<br />
malzeme) üretilmesi flart. Malzeme<br />
parçalan›rken biyouyumlulu¤unu kaybet-<br />
H›zl› prototipleme teknikleriyle hasarl› <strong>doku</strong> bölgesine uygun <strong>doku</strong> iskelesi<br />
tasar›m› yap›l›r.<br />
memeli <strong>ve</strong> zehirli ürünler<br />
oluflturmamal›. Ayr›ca,<br />
hücrelerin <strong>ve</strong> besinlerin<br />
geçiflini sa¤layacak gözenekli<br />
yap›da olmal›. Bu<br />
özelliklere sahip malzemeler<br />
aras›nda do¤al polimerler<br />
(kollajen, kitosan, hyaluronik<br />
asit, aljinat), biyoseramikler<br />
(trikalsiyum<br />
fosfat, hidroksiapatit) <strong>ve</strong><br />
bu malzemelerin bileflimi<br />
ile oluflan kompozit malzemeler<br />
say›labilir. Ad› geçen<br />
malzemelerin ifllenmesi sonucu<br />
üretilen <strong>doku</strong> iskeleleri,<br />
gerek kimyasal bileflim, gerekse fiziksel<br />
yap› bak›m›ndan do¤al ECM’ nin yap›s›n› <strong>ve</strong><br />
biyolojik ifllevini mümkün oldu¤unca iyi bir<br />
flekilde taklit etmelidir.<br />
Makro/Mikro Fabrikasyon<br />
<strong>Teknik</strong>leriyle Doku ‹skelesi Üretimi<br />
Yak›n zamana kadar <strong>doku</strong> iskelesi üretimleri<br />
makro <strong>ve</strong> mikro-fabrikasyon teknikleriyle<br />
yap›ld› <strong>ve</strong> bu teknikler halen de kullan›lmakta.<br />
Faz ayr›m›, çözücü döküm-parçac›k<br />
uzaklaflt›rma, gaz köpüklendirme,<br />
dondurarak-kurutma <strong>doku</strong> iskelesi üretimi<br />
için kullan›lan klasik yöntemler. Fakat bu<br />
teknolojiler, üretilen <strong>doku</strong> iskelelerinde gözenek<br />
boyutunun kontrolü <strong>ve</strong> gözeneklilik<br />
da¤›l›m›, iskele geometrisi <strong>ve</strong> iskele içinde<br />
kanallar›n oluflturulmas› aç›s›ndan yetersiz<br />
kalmaktalar. Bu nedenle, üç-boyutlu <strong>doku</strong><br />
iskelesi üretimi için “h›zl› prototipleme” (rapid<br />
prototyping, RP) teknikleri gelifltirilmifl.<br />
H›zl› prototipleme, bilgisayar destekli tasar›m<br />
<strong>ve</strong>rileriyle fiziksel bir model oluflturulmas›n›<br />
sa¤layan tekniklerin genel ad›. Bu<br />
teknikte, üretimi istenilen <strong>doku</strong> <strong>ve</strong>ya<br />
organa ait üç-boyutlu yap› CAD/CAM<br />
(bilgisayar-destekli tasar›m <strong>ve</strong> imalat)<br />
yaz›l›m› kullan›larak bilgisayar ortam›na<br />
aktar›l›yor <strong>ve</strong> organ›n kesitsel görüntüleri<br />
ç›kart›l›yor. Doku iskelesi için<br />
kullan›lacak malzeme, bilgisayardan gelen<br />
bilgiler do¤rultusunda tabakalar halinde<br />
oluflturulmaya bafllan›yor. Tabakalar›n<br />
nerede birleflece¤i <strong>ve</strong> nerelerin<br />
bofl kalaca¤› bilgisayar taraf›ndan önceden<br />
belirlenmifl. Bu ifllem tekrarlanarak<br />
tabakalar üst üste getiriliyor <strong>ve</strong> tasarla-<br />
nan üç-boyutlu yap› elde ediliyor. H›zl›<br />
prototipleme; üç-boyutlu bask› (3DP)
Change language