Yapay Kan
Yapay Kan
Yapay Kan
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
YAPAY<br />
ORGANLAR<br />
Prof. Dr. Adil DENİZLİ<br />
Hacettepe Üniversitesi<br />
Kimya Bölümü,<br />
Biyokimya Anabilim Dalı
• Organ: belirli bir görevi yerine getirmek için<br />
bir araya gelmiş koordine ve lokalize hücre<br />
grubudur<br />
Böbrek, deri, akciğerler, kalp, pankreas, karaciğer,<br />
mide, kan (!)....<br />
Hemostaz: organların birlikte uyum<br />
içerisinde çalışması; iç denge.
ORGANI NEDEN DEĞİŞTİRMELİ?<br />
Doğuştan bozukluklar, enfeksiyöz hastalıklar, travma.....<br />
Hergün, yüzlerce insana organ nakli<br />
yapılmakta, bekleme listesindeki bir o<br />
kadar insansa organ bulunamaması<br />
nedeniyle ölmektedir.<br />
Organ bağışı yapanların sayısına göre<br />
organ nakli için bekleme listesindeki insan<br />
sayısı her geçen gün artmaktadır.<br />
<strong>Yapay</strong> organların kullanımı bu insanlar için<br />
uygun organ bulunana kadar yaşama<br />
şansı sağlamaktadır.
<strong>Yapay</strong> organlar & Transplantasayon<br />
• <strong>Yapay</strong> organlar:<br />
enerjetikler,<br />
anastomoz/kanın ulaşımı,<br />
tromboz, enfeksiyon,<br />
enkapsülasyon, mekanik<br />
dayanıklılık, kontrol,<br />
süreklilik<br />
• Transplante organlar:<br />
Organ reddi, organ<br />
bulunması, yüksek<br />
operasyon maliyeti<br />
Problemler
<strong>Yapay</strong> Organlar<br />
• Teşhis ve tedavinin varsayımlarla ve tahminlerle yapıldığı<br />
üç yüz yıl öncesinden beri tıp biliminde önemli gelişmeler<br />
olmuştur. Mühendislerin problem çözme tekniklerini tıp<br />
biliminde uygulamaya başlamalarıyla dünya bu alanda<br />
yeni bir döneme girdi. Bu gelişmeler dizisi insan yaşamını<br />
iyileştirmede ve uzatmada bir umut olan yapay organlara<br />
kadar gelip dayandı.<br />
• Böbrek, kalp, deri gibi organlar yaşamın devamı için<br />
gereklidir. Ölümün kaçınılmaz olduğu birçok durumda<br />
yapay organlar devreye girerek bozulan organlara bir<br />
yaşam şansı daha vermektedir. Teknoloji ilerledikçe<br />
yapay organların tasarımı da gelişmektedir; yapay<br />
organların geliştirilmesi ise organ bozukluğu hastaları<br />
için umut kapıları açmaktadır.
<strong>Yapay</strong> Organlar<br />
• <strong>Yapay</strong> organ terimi ilk defa 1947<br />
yılında Dr. Willem J. Kolff’un ilk<br />
yapay böbreği geliştirmesiyle<br />
kullanılmaya başlanmıştır.<br />
• 21. yüzyıla gelindiğinde tüm<br />
organların yerine yapay olanlarının<br />
yapılacağına muhtemel olarak<br />
bakılmaktadır.
Hemoperfüzyon<br />
• HEMOPERFÜZYON kanın çeşitli kimyasal<br />
bozuklukları düzeltmek veya metabolik atıklar<br />
ve toksik maddeleri uzaklaştırmak gibi<br />
amaçlarla ekstrakorporal bir kolon üzerinden<br />
geçirilmesi işlemidir.<br />
• Hemodiyalizde sıvı ve suda çözünebilen küçük<br />
moleküller uzaklaştırılabilirken hemoperfüzyonda<br />
öncelikle yağda çözünebilen, proteine bağlı ve<br />
daha büyük moleküller uzaklaştırılabilir.
Hemoperfüzyon<br />
• Reçine Hemoperfüzyon<br />
– (1948; iyon değişim reçineleri kullanıldı; ancak kanın<br />
elektrolit dengesinde değişimler ve kan hücrelerinde<br />
kayıplar gözlendi.)<br />
• Aktif Karbon Hemoperfüzyon<br />
– (çok sayıda üremik metaboliti ve ilaçların<br />
uzaklaştırılmasında etkin; ancak hücre kayıplarına yol<br />
açması ve carbon embolisine neden olduğu için<br />
hastalarda kullanımı durduruldu)<br />
• Kaplanmış Sorbentler<br />
(Biyouyumlu Hemoperfüzyon)
Hemoperfüzyon<br />
antikoagülasyon<br />
kolon<br />
Tüm kan<br />
plazma<br />
Hücre<br />
separasyonu<br />
filtrasyon<br />
<strong>Kan</strong> hücreleri<br />
Tüm kan
Hemoperfüzyon<br />
Hemoperfüzyon tedavisinde günümüzde klasik sorbentlerin yerini<br />
biyolojik ve/veya kimyasal olarak modifiye edilen spesifik sorbentler<br />
almaktadır. bu spesifik sorbentlerin önemli uygulamalarından biri kanser<br />
ve benzeri hastalıkların tedavisine yönelik patojen antibadilerin kandan<br />
uzaklaştırılmasıdır<br />
1. Adsorbent büyük miktarlarda toksin uzaklaştırma kapasitesine sahip olmalı<br />
2. Sorbentin etkinliğinin artırılması için birim ağırlığının yüzey alanı oldukça<br />
büyük olmalıdır<br />
3. Adsorbent hastada embolizasyona neden olabilecek yapıda olmamalıdır.<br />
4. Adsorbent ve ligand kan pıhtılaşmasının önlenmesi için maksimum<br />
biyouyumluluğa sahip olmalıdır.
Hemoperfüzyon<br />
Hemodiyaliz birimi ile birlikte<br />
hemoperfüzyon kullanılması<br />
Hemodiyaliz olmaksızın hemoperfüzyon
Kullanım alternatifleri
Kullanım alternatifleri
Kullanım alternatifleri
Kullanım alternatifleri
Kullanım alternatifleri
Hemoperfüzyon<br />
• İmmün temelli hastalıkların tedavisinde<br />
(SLE, RA…)<br />
• Metabolik artık ürünlerin uzaklaştırılmasında<br />
(Bilirubin …)<br />
• Akut ve kronik böbrek hastalıklarında<br />
• Zehirlenmelerde<br />
kullanılabilmektedir
Biyomateryaller<br />
<strong>Yapay</strong> organ geliştirilmesi girişimlerinin<br />
imlerinin önünde nde gelen en temel<br />
problem şüphesiz<br />
biyomateryal kavramıdır.<br />
r.<br />
Biyomateryal terimi canlı doku ve biyolojik sıvılarla s<br />
temas<br />
edecek her türlt<br />
rlü sentetik veya doğal malzemeler için i in kullanılır.<br />
Biyomateryalin fiziksel performansı sadece kullanılaca<br />
lacağı<br />
doğal<br />
ortamında belirlenebilir.
Biyomateryaller<br />
• Bağışıklık sistemi tam olarak anlaşılmadan tedavi amacıyla kullanılan<br />
maddelerin birçoğunun hastalık yapıcı ya da zehirli olduğu ortaya çıktı.<br />
• 1960’lı ve 1970’li yıllarda insan vücudu içerisinde kullanılmak üzere<br />
üretilen ilk kuşak biyomateryallerin amacı, yeri alınan doku ile<br />
eşleşebilecek ve konak canlıda en düşük düzeyde toksik etki yaratacak<br />
uygun bir fiziksel bileşimin elde edilmesiydi.<br />
• 1980 yılında, klinik uygulamalarda yaklaşık 40 farklı maddeden<br />
yapılma 50’nin üstünde protez çeşidi vardı. Maddelerin birçoğunda<br />
bulunan ortak özellikse, biyolojik olarak tepki yaratmayan türden (inert)<br />
olmalarıydı.<br />
• Biyolojik malzeme üretiminin altında yatan temel ilkeyse, vücutta<br />
oluşacak immün tepkinin en aza indirgenmesiydi.
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Vücuda yabancı olarak tanımlanan kan sıvıları ile<br />
temas halinde kullanılan çok sayıda malzeme<br />
vardır.<br />
Bunların bir kısmı tamamen sentetik, bir kısmı ise<br />
insan veya hayvan dokuları ile birlikte<br />
kullanılmaktadır.<br />
Bazılarının sadece kısa süreler için etkin olması<br />
beklenirken bazılarının ise bireyin yaşam süresi<br />
boyunca etkin olarak kullanılması istenmektedir.
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Biyomalzemelerin bazı kullanım alanları<br />
1. INVASIF ENSTRÜMANTASYON<br />
(e.g. Kateterler)<br />
2. İMPLANTE ARAÇLAR<br />
(e.g. Kalp pili, Hidro-sefali Tüpleri)<br />
3. KAN AKIMINA SERİ EKSTRAKORPORAL ARAÇLAR<br />
(e.g. <strong>Yapay</strong> böbrek, Kalp-Akciğer kan oksijenatörleri)<br />
4. SERT YAPISAL ELEMENTLERİN İMPLANTE (VEYA TÜM)<br />
KISIMLARI<br />
(e.g. Kalça eklemleri, dişler)<br />
5. ORGANLARIN iMPLANTE (VEYA TÜM) KISIMLARI<br />
(e.g. Kalp kapakçıkları, kalp yardımcı araçları, deri)<br />
6. İMPLANTE YUMUŞAK DOKU ALTERNATİFLERİ<br />
(e.g. <strong>Kan</strong> damarları, Tendon, Üreter)
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Biyomateryallerin seçimindeki kriterler<br />
1. GEREKLİ FİZİKSEL ÖZELLİKLERE SAHİP OLMALI<br />
(Güç, Elastiklik, Geçirgenlik …)<br />
2. SAFLAŞTIRILABİLMELİ, ÜRETİMİ VE<br />
STERİLİZASYONU KOLAY OLMALI<br />
3. İSTENEN ZAMAN ARALIĞINDA FİZİKSEL<br />
ÖZELLİKLERİNİ VE FONKSİYONLARINI KORUMALI<br />
(1 saat, 1 gün, 1 yıl, 10 yıl …)<br />
4. İSTENMEYEN KONAKÇI REAKSİYONLARA NEDEN<br />
OLMAMALI<br />
(<strong>Kan</strong> pıhtılaşması, doku nekrozu, kanserojenlik, allerjik tepkiler, vs.)
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
Sınıflar<br />
I) POLİMERLER<br />
A) FIBERLER<br />
B) LASTİKLER<br />
C) PLASTİKLER<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Biyomateryallerin türleri ve sınıfları<br />
Formlar<br />
FİLM VEYA MEMBRANLAR, FIBERLER VEYA TÜPLER<br />
TOZ VEYA PARTİKÜLLER, DÖKME ŞEKİLLİLER<br />
ÇANTA VEYA TAŞIYICILAR, VS.<br />
SIVILAR, KATILAR (YAPIŞTIRICILAR)<br />
II) METALLER<br />
III) SERAMİKLER<br />
IV) KARBONLAR<br />
V) DOĞAL DOKULAR<br />
VI) KOMPOZİTLER<br />
DÖKME VEYA KALIP ŞEKİLLİLER<br />
TOZ VEYA PARTİKÜLLER, FİBERLER<br />
KALIP ŞEKİLLİLER, TOZ VEYA PARTİKÜLLER<br />
SIVILAR, KATILAR (ÇİMENTOLAR)<br />
MAKİNE İLE ŞEKİLLENDİRİLMİŞLER, KAPLAMALAR,<br />
FIBERLER<br />
FİBERLER, DOĞAL FORMLAR<br />
FİLMLER, TÜPLER VS.<br />
KAPLAMALAR, FİBRÖZ FELTLER VEYA TABAKALAR<br />
FIBER VEYA FABRIK GÜÇLENDİRİLMİŞ YAPILAR, VS.
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Temel yumuşak veya lastiksi biyomalzemeler<br />
POLİMER TÜRÜ<br />
SİLİKONLAR<br />
BAZI TIBBİ KULLANIMLARI<br />
DOKU DESTEKLERİ; KALP YARDIMCI<br />
ARAÇLARI İLAÇ SALIM SİSTEMLERİ;<br />
IMPLANT VEYA ENSTRÜMAN<br />
KAPLAMALARI ; YAPIŞTIRICI; TÜP;<br />
KONTAK LENS<br />
POLİÜRETANLAR<br />
KAN POMPALARI; TÜP; KAN<br />
SAKLAMA TORBALARI; BALON YARDIMCI<br />
ARAÇLARI; KALP PİLİ<br />
POLİVİNİL KLORÜR<br />
TÜP; KAN SAKLAMA TORBALARI<br />
LASTİK<br />
TÜP
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Temel yarı-kristalin biyomalzemeler<br />
POLİMER TÜRÜ<br />
POLİESTERLER<br />
FLOROPOLİMERLER<br />
NAYLONLAR<br />
POLİETİLEN<br />
SELÜLOZİKLER<br />
BAZI TIBBİ KULLANIMLARI<br />
VASKÜLER GRAFTLAR; KALP<br />
VANALARI DİKİŞ İPLERİ; IMPLANT<br />
SABİTLEME VE KAPLAMA YAPILARI;<br />
VASKÜLER GRAFTLAR; KAN<br />
OKSİJENATÖR MEMBRANI<br />
DİKİŞ İPLİKLERİ; ÖRTÜ<br />
YAPAY EKLEMLER; İLAÇ<br />
SALIM ARAÇLARI<br />
DİYALİZ MEMBRANI; İLAÇ<br />
SALIM ARAÇLARI; KONTAK LENS
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
POLİMER TÜRÜ<br />
POLİMETİLMETAKRİLAT<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Akrilikler ve diğer benzer biyomateryaller<br />
BAZI TIBBİ KULLANIMLARI<br />
SERT VE YUMUŞAK KONTAK LENS;<br />
DİŞ DOLGULARI; KEMİK ÇİMENTOSU;<br />
GÖZİÇİ LENSLER<br />
POLİHİDROKSİETİLMETAKRİLAT<br />
METAKRİLİK ASİT<br />
AKRİLAMİD<br />
N-VİNİLPİROLİDON<br />
POLİ(SİYANOALKİL AKRİLATLAR)<br />
POLİ(ÇİNKO AKRİLAT)<br />
YUMUŞAK KONTAK LENS; YANIK<br />
ÖRTÜSÜ; İLAÇ SALIM MATRİSLERİ;<br />
KAPLAMA<br />
YUMUŞAK KONTAK LENS BİLEŞİMİNDE;<br />
BİYOFONKSİYONEL MİKROKÜRELER<br />
YUMUŞAK KONTAK LENS BİLEŞİMİNDE;<br />
BİYOELEKTROTLAR<br />
YUMUŞAK KONTAK LENS BİLEŞİMİNDE;<br />
ESKİDENYAPAY PLAZMA YAPISINDA<br />
DOKU YAPIŞTIRICI; DAMAR<br />
DOLDURUCU<br />
DİŞ DOLGUSU
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Biyomateryal-biyolojik etkileşiminde önemli faktörler<br />
I) BİYOMALZEME<br />
A. İÇ ÖZELLİKLER<br />
B. YÜZEY ÖZELLİKLERİ<br />
C. TAŞIMA, PAKETLEME<br />
II) BİYOLOJİK ÇEVRE<br />
A. IN VITRO VS. IN VIVO<br />
B. TÜRLER<br />
III) FİZİKSEL FAKTÖRLER<br />
A. SİSTEM DİZAYNI; AKIŞ ÖZELLİKLERİ<br />
B. ZAMAN, SICAKLIK<br />
C. HAVA ARAYÜZEYİ
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Bazı biyomalzemelerin bağıl pürüzlülüğü<br />
ÇOK DÜZ<br />
DÜZ<br />
MİKROPÜRÜZLÜ<br />
ORTAPÜRÜZLÜ<br />
ÇOK PÜRÜZLÜ<br />
PİROLİTİK KARBONLAR, METALLER<br />
SİLİSİN LASTİKLER;<br />
POLİÜRETAN;<br />
POLİETİLEN;<br />
POLİVİNİLKLORÜR<br />
GRAFT POLİETİLENLER;<br />
GORE-TEX; MİKROGÖZENEKLİ<br />
MALZEMELER<br />
WOVEN DACRON; TEFLON YAPILAR;<br />
ORTA GÖZENEKLİ MALZEMELER<br />
ÖRÜLMÜŞ, VELOUR OR NON-WOVEN<br />
YAPILAR; MAKRO GÖZENEKLİ<br />
MALZEMELER; KUMLANMIŞ CAM<br />
MALZEMELER
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Yabancı malzemeye doku cevabı.<br />
YABANCI MALZEMEYE DOKU CEVABI<br />
KİMYASAL UYARIYLA<br />
[biyodegradasyon ürünleri<br />
Safsızlıklar, vb]<br />
FİZİKSEL UYARIYLA<br />
[yüzey özellikleri, vb.]<br />
iltihaplanma<br />
Fagositoz<br />
(partiküller)<br />
Fibröz<br />
Enkapsülasyon<br />
Fibröz<br />
Oluşum<br />
vs<br />
Şiddetli iltihaplanma<br />
(toksik bileşikler açığa çıkar)<br />
İleri Fibröz<br />
vs<br />
Doku nekrozu<br />
Granuloma<br />
Tümör oluşumu
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
YABANCI MALZEMEYE KAN CEVABI<br />
Protein Adsorpsiyonu<br />
AKUT<br />
Thrombus oluşumu<br />
(Fibrin ± Eritrosit ± Trombosit)<br />
Emboli oluşumu<br />
İmplant veya<br />
araç<br />
Uyuşmazlık<br />
İyileşme<br />
KRONİK
TIPTA KULLANILAN SENTETİK<br />
BİYOMALZEMELER<br />
Biyomalzemenin kan uyumluluğunun belirlenmesi<br />
I. IN VITRO TESTLER<br />
- TÜM KAN VE PLAZMA PIHTILAŞMA TESTLERİ<br />
- YÜZEY ENERJİLERİ<br />
- PROTEIN ADSORPSİYONU<br />
- PLATELET YAPIŞMASI<br />
- HEMOLİZ<br />
II. EX VIVO TESTLER<br />
- AKUT<br />
- KRONİK<br />
III. IN VIVO TESTLER<br />
- AKUT<br />
- KRONİK<br />
IV. KULLANILAN HAYVANLAR<br />
- KÖPEK, KOYUN, MAYMUN, TAVŞAN
Böbrek<br />
Böbrekler insan organizmasında çok<br />
önemli fonksiyona sahiptirler; hergün<br />
180 litre kan plazması süzülerek<br />
temizlenmektedir.<br />
Taşıma: azotlu katabolitlerin boşaltımı;<br />
sıvı, elektrolit dengesi...<br />
Metabolizma: trans-aminasyon, ürenin<br />
%15’i amonyağa dönüştürülür<br />
Endokrin: humoral ajanlara tepki verir<br />
ve onları üretir...<br />
Çeşitli sebeplerden böbrek hasara<br />
uğrayabilir ve ölümcül sonuçlar<br />
doğurabilir.
Böbrek<br />
Tüm organlar için olduğu gibi<br />
böbrek transplantasyonu için<br />
uygun vericiler ihtiyacı<br />
olanlarla karşılaştırıldığında<br />
oldukça düşüktür.<br />
Bu durum araştırmacıları<br />
yapay organ geliştirilmesine<br />
yöneltmiştir.<br />
<strong>Yapay</strong> böbrek, veya diyalizör,<br />
vücuttan atık ürünleri<br />
uzaklaştırmak üzere<br />
geliştirilmiş bir yaşam destek<br />
sistemidir.
YAPAY BÖBREK<br />
<strong>Kan</strong>ın “diyalizat” ile<br />
ekstrakorporal<br />
dengelenmesi<br />
Pasif membran<br />
özellikleri ve diyalizat<br />
bileşimi ile düzenlenir.<br />
Solvent ve küçük<br />
moleküller için etkili.
YAPAY BÖBREK TEKNOLOJİSİ<br />
Temel Cihaz Gelişmeleri<br />
• 1955’ten önce: çoğunlukla ilkel<br />
• 1955: “klasik” mühendislik<br />
yaklaşımları<br />
• 1968- hollow fiber diyalizör<br />
• 1970-günümüze: toplu üretilen<br />
cihazlar, yeni<br />
membranlar, rutin<br />
işlemler, durağan-yavaş<br />
gelişim<br />
Tamamlayıcı teknolojiler<br />
• Sorbent sistemleri<br />
• Giyilebilir araçlar<br />
• Peritoneal diyaliz<br />
• Hemodiafiltrasyon<br />
• Kullanım alternatifleri<br />
• Eritropoietin<br />
Transplantasyon<br />
• Uygun canlı verici<br />
• Aynı türden nakil<br />
• Hayvansal dokular
İLK ARAÇLAR – ca. 1915
İlk Klinik Kullanım<br />
Kolff, 1947<br />
Klinik olarak başarılı ilk yapay<br />
böbrek (Kolff, 1947) tuz<br />
banyosuna daldırılmış çelik bir<br />
kalıp etrafına sarılmış sellofan<br />
borucuklardan oluşmaktaydı.<br />
Hastadan alınan kan, bu<br />
borucuklardan geçmekte ve<br />
toplar damardan tekrar<br />
hastaya verilmekteydi.<br />
Zamanla bu cihaz üzerinde<br />
değişiklikler yapılarak daha<br />
ucuz, daha küçük, daha etkin<br />
ve bilgisayar kontrollü<br />
makineler geliştirilmiştir.
Kolff’un Davul Diyalizörü, 50’ler
Alwall Coil Diyalizör, İsveç
Kolff/Baxter<br />
Twin-Coil Diyalizör
• 10,000 fiber<br />
• uzunluk: 30 cm<br />
• iç çap: 200 µm<br />
• ~ 350 mL hacim 20,000<br />
cm 2 yüzeye sahiptir<br />
Hollow Fiber Diyalizör
<strong>Yapay</strong> Böbrek<br />
Hastaya haftada iki-üç gün, günde<br />
yaklaşık 3-4 saat süreyle<br />
yapay böbrek tedavisi uygulanmaktadır.<br />
Diyaliz tedavisi yöntemi pahalı<br />
olduğu için birçok ülkede mali<br />
problemlere yol açmaktadır.<br />
Diyalizör hastanın kan akımındaki<br />
safsızlıkları ve atık ürünleri<br />
uzaklaştırmak üzere saf su<br />
kullanır. Kullanılan suyun<br />
olağanüstü saf olması<br />
gereklidir. Aksi halde daha<br />
büyük klinik problemlerle<br />
karşılaşılması olasıdır.<br />
Taşınabilir yapay böbrek çeşitli<br />
atık ürünleri–sonrasında standart<br />
kimyasal teknolojiler kullanılarak<br />
uzaklaştırılabilen amonyağa<br />
dönüştürmek üzere bir elektriksel<br />
işlem kullanan bir silindirdir.
<strong>Yapay</strong> Böbrek<br />
• Gelecekte böbrek hastalarının saatlerce diyaliz makinesine bağlı kalması<br />
gerekmeyebilir.<br />
• Böbreğin metabolizmadaki tek fonksiyonu toksinleri uzaklaştırmak değildir.<br />
Böbrek aynı zamanda önemli besinleri ve hormonları dönüştürmekten de<br />
sorumludur. Tüm faydalarına rağmen bir diyaliz hastası için yaşam<br />
beklentisi erken teşhis edilmiş bir akciğer veya prostat kanseri<br />
hastasından daha düşüktür. Böbrek hastaları kronik olarak yorgunluk<br />
hissederler ve çoğu zaman işe geri dönmeleri mümkün olmayabilir.<br />
• Araştırmacılar, böbreğin tüm fonksiyonlarını yerine getirecek bir yapay<br />
organ geliştirmeye çalışmaktadır. Bu cihaz insan yapısı araçlarla kültür<br />
ortamında yetiştirilmiş gerçek böbrek hücrelerinin bileşimidir. Bu hücreler<br />
biyo-yapay böbreğin toksinleri süzmekle kalmayıp diyalizle<br />
gerçekleşemeyen diğer fonksiyonlarını da yerine getirmesine olanak<br />
sağlayacaktır.
KALP<br />
Kalbin Temel<br />
Fonksiyonu;<br />
Dokulara besin ve<br />
oksijen taşıyan ve atık<br />
ürünleri uzaklaştıran<br />
kanı vücudun tüm<br />
bölgelerine<br />
pompalamak.
KALP<br />
“Kalp kusuru” ne demektir?<br />
Kalbin olması gerektiği gibi etkin<br />
çalışmamasıdır.<br />
Sebepleri nelerdir?<br />
En geneli koroner kalp<br />
hastalığıdır. Diğerleri ilaç ve<br />
alkol kullanımı, kalp kapakçığı<br />
anormallikleri ve kalp kası<br />
rahatsızlığıdır.
KALP<br />
Kalp rahatsızlığı nasıl tedavi edilir?<br />
Önlemek en iyi tedavi olarak kabul<br />
edilir.<br />
Önlemek; dengeli beslenmeyi, düzenli<br />
egzersizi, düzenli check-up, alkol,<br />
sigara ve benzeri maddelerden<br />
sakınmayı kapsar.<br />
Kalp fonksiyonunu güçlendiren çeşitli<br />
ilaçlar da geliştirilmiştir.<br />
Ciddi kalp rahatsızlıklarını düzeltmek<br />
için ise cerrahi ve kalp<br />
transplantasyonları gereklidir.
YAPAY KALP<br />
İlk Çalışmalar<br />
Kalbin işi sürekli olduğundan, araştırmacılar uzun süre kalp yerini alacak mekanik<br />
pompa geliştirmeye çalıştılar.<br />
1935’de Fransız cerrah Alexis Carrel (1873-1944) ve ünlü Amerikan havacı Charles<br />
Lidberg (1902-1974) bir perfüzyon pompası tasarladılar.<br />
Perfüzyon pompası vücudun dışında çalışmak üzere tasarlanmıştı. Görevi kanın<br />
organlardan, kalp dahil, geçerek canlı kalmalarını sağlamaktı.
YAPAY KALP<br />
İlk Çalışmalar<br />
İlk tüm yapay kalp (TAH) 1957’de<br />
Clevelang Kliniğinde bir köpeğe implante<br />
edildi.<br />
1964’de NIH hem kısmı hem de tüm<br />
yapay kalp cihazları için <strong>Yapay</strong> kalp<br />
Programı oluşturdu.<br />
Michael DeBakey (1908-) 1966’da<br />
pnömatik olarak çalışan (hava basıncı ile<br />
çalışan) bir alet üreterek implante etti. Bu<br />
alete Left Ventricular Assist Device<br />
(LVAD) adı verildi.<br />
LVAD kanı arterlerin dışına pompalayan<br />
bir oda olarak görev yapar. Ciddi kalp<br />
rahatsızlıklarının çoğu sol ventrikül<br />
kusurundan kaynaklandığı için bu büyük<br />
bir gelişmedir.<br />
İnsana ilk yapay kalp implantasyonu<br />
1969’da yapılmıştır. Görevi kalp<br />
transplantasyonu gerçekleşene<br />
kadar hastayı canlı tutmaktı.
YAPAY KALP<br />
İlk Çalışmalar<br />
Kalıcı kullanım için implantasyon 1982’ye kadar<br />
gerçekleşmedi. Dişçi Barney Clark’ın, Amerikalı<br />
doktor Robert Jarvik’in geliştirdiği Jarvik-7 ile ikinci<br />
bir yaşam şansına kavuşacağı dünya çapında<br />
haber oldu. Alet sıkıştırılmış hava ile çalışan plastik<br />
ve titanyumdan yapılmış bir pompaydı. Sıkıştırılmış<br />
hava büyük bir dış hava kompresörünün iki tüpten<br />
abdomendeki insisyonlar üzerinden vücuda<br />
verilmekteydi. Clark sadece 112 gün yaşayabildi.<br />
Daha sonra 1984 ve 1985’de dört Jarvik-7<br />
implantasyonu daha yapıldı. Bu hastalar da<br />
hayatlarını kaybettiler. Hastalardan birisi 620 gün<br />
yaşadı fakat bu süre içerisinde bir seri güçsüzlük<br />
verici etkiyle uğraştı. Jarvik-7 nin kalıcı<br />
implantasyonunun sonuçları kısıtlamalarını gözler<br />
önüne serdi. Bunlar arasında kan pıhtıları<br />
oluşturup beyine giderek felçe neden olması da<br />
vardı.
YAPAY KALP<br />
Mevcut araştırmalar elektrikle<br />
çalıştırılan yapay kalpler üzerine<br />
yoğunlaşmıştır. Bu cihazlar<br />
radyo sinyalleri üzerinden güç<br />
iletmek için taşınabilir pil<br />
paketleri kullanırlar. Radyo<br />
sinyalleri sağlam deriden<br />
geçerek implante mekanik kalp<br />
pompasına ulaşır. Bu hastaya<br />
hareketlilik sağlar ve vücutta<br />
kalıcı bir açıklık oluşturulması<br />
gerekliliğini elimine eder. Aynı<br />
zamanda ilk havayla çalışan<br />
pompalardaki enfeksiyon riskini<br />
azaltmıştır. Bu elektrikli<br />
cihazların ilki 1991’de insana<br />
implante edilmiştir.
<strong>Yapay</strong> Kalp<br />
LVAD (Left Ventrical Assist Devices)- Karıncık Yardımcı Araçları<br />
Bu araçlar vücuda yerleştirilmek üzere geliştirilmiştir ancak tek başına kalbin yerin<br />
almamaktadır. Kalbin kanı pompalamasını sağlayan sol karıncık fonksiyonunu<br />
düzenlemektedir.<br />
LVAD’ler<br />
1. uygun bir verici bulunana kadar<br />
destek sistemi oluşturmaktadır.<br />
2. Kalp ameliyatı geçirmiş ve kalp<br />
fonksiyonunu henüz tamamen<br />
düzelmemiş hastalarda kalp<br />
normale dönene kadar destek<br />
sistemi olarak kullanılmaktadır.<br />
3. Ciddi kalp bozukluğuna sahip<br />
hastalarda kalıcı implant olarak<br />
kullanılmaktadır (Ciddi yan etkileri<br />
nedeniyle bu şekilde kullanımı<br />
sınırlıdır).
<strong>Yapay</strong> Kalp<br />
TAH (Total Artificial Hearts)-Tüm <strong>Yapay</strong> Kalp<br />
Daha hafif olmaları ve kolay kullanımlarıyla<br />
LVAD’lerden ayrılmaktadır.<br />
Gerçek bir kalp gibi çalışan TAH<br />
6 ana bölümden<br />
oluşmaktadır;<br />
1 iç pompalama birimi<br />
2 iç şarj edilebilir batatya<br />
3 iç elektronik sistem<br />
4 iç güç transfer bobini<br />
5 dış güç transfer bobini<br />
6 dış batarya paketi
<strong>Yapay</strong> Kalp<br />
TAH genellikle titanyum ve Angioflex adı<br />
verilen poliüretan plastikten yapılmıştır.<br />
Laboratuvar testlerinde bu plastiğin<br />
yıllarca günde 100,000 kez çarpabildiği<br />
belirlenmiştir. Düz, dikişsiz tasarlanan<br />
pompadan geçen kan hücrelerinin<br />
hasarını önlemektedir.<br />
<strong>Yapay</strong> kalplere talep dünyada oldukça<br />
fazladır. Bu tür araçları daha etkin,<br />
daha ucuz ve problemsiz olarak<br />
üretilmek üzere halen yoğun olarak<br />
çalışılmaktadır.
Valfler<br />
<strong>Yapay</strong> Kalp<br />
<strong>Yapay</strong> kalplerin uygun şekilde yapımaları fonksiyonları nedeniyle çok zordur. Bu<br />
malzemeler çok uzun süre dayanıklı olmalı, dış kaplanmaya dayanıklı olmalı,<br />
tamamen yalıtıldığında hava geçirmez olmalı, kolaylıkla implante edilebilmeli ve<br />
valfin üzerinde kan pıhtılaşma eğilimi olmamalıdır.<br />
İlk yapay kalp valfi tipleri Dr. Charles Hufnagel ve Dr. Dwight Harken’in geliştirdiği bir<br />
kafes ve akrilikden oluşan toptan oluşuyordu. Daha modern versiyonlar titanyum<br />
kafes ve silikon toplardan yapılmıştı. Top valfler kolaylıkla kaplanmadıkları için iyi<br />
çalıştılar, ancak hemodinamik (kan akışı) özellikleri doğal kalp kapakçıkları ile<br />
benzemekten çok uzaktı ve şekilleri de implantasyon güçlüklerine neden<br />
oluyordu.
<strong>Yapay</strong> Kalp<br />
Valfler<br />
1969’da, Bjork-Shiley ve Lillehei-Kaster eğimli disk valfleri prostetik kalp valflerinin<br />
kullanımını olağanüstü derecede artırdı. Sadece ABD’de bu valflerden<br />
onbinlercesi implante edildi. Ne yazıkki, başlangıçta başarılı olan valflerin<br />
hemodinamiğini geliştirme yönündeki çabalar başarızıslıkla sonuçlandı. Bazı<br />
modeller kalp hasarı ile sonuçlanan gerilerek kırılmalar gösterdiler. Bjork-Shiley<br />
valf modellerin çoğu oldukça dayanıklı ve çok düşük (neredeyse sıfır) yapısal<br />
hasara sahip olmalka birlikte tüm bu valfler ABD marketinden 1992’de kaldırıldı.<br />
Bu “yaprakçık” şeklindeki valfler üzerine modifikasyon yıllarca devam etti ve<br />
bazıları günümüzde halen kullanılmaktadır.
<strong>Yapay</strong> Kalp<br />
Valfler<br />
<strong>Yapay</strong> kalp valfleri teknolojisinde sonraki aşama tasarıma gerçek canlı dokunun<br />
entegrasyonudur. Domuz valf dokusu veya sığır perikard dokusu metal tel stent<br />
üzerine dikilmiştir. Bu tür implantlar oldukça başarılı olmuştur ve mükemmel<br />
hemodinamiğe sahiptirler.
Karaciğer<br />
Karaciğer, diyaframın hemen altında, sağ tarafta, yaklaşık olarak 2<br />
kilogram ağırlığında koyu kırmızı renkte yumuşak bir organdır.<br />
Yaşamak için gerekli olan bir çok kimyasal olay burada meydana<br />
gelir.<br />
Karaciğerin görevi :<br />
- Günde yaklaşık olarak 4 su bardağı (1 litre) safra salgılar.<br />
- Yağ, protein ve şeker metabolizmasını düzenler.<br />
- Vücudun ısısını ayarlar.<br />
- Vücudun ihtiyacı olan su ve vitaminleri yapar.<br />
- Yağ, protein, şeker ve kan yapımı için gerekli olan maddeleri<br />
depolar.<br />
- <strong>Kan</strong> miktarını ayarlar.<br />
- Hormonların görevleri üzerinde etkili olur.<br />
Karaciğer yukarıda belirtilen görevlerinden herhangi birini yapamaz<br />
hale gelecek olursa, çeşitli hastalıklar ortaya çıkar. Bunların en<br />
önemlileri, karaciğer yetersizliği, karaciğer iltihaplanması,<br />
karaciğer sirozu, safra kesesi iltihabı ve safra kesesi taşıdır.
Karaciğer<br />
• 25 yıllık yoğun araştırmalara rağmen ağır hepatit için etkin bir tedavi<br />
yöntemi bulunamamıştır. Hepatit yılda bir milyondan fazla insanın<br />
ölümüne yol açmaktadır. Bunların çoğu hepatitin neden olduğu siroz ve<br />
kronik karaciğer hasarı nedeniyledir. Mevcut tek tedavi yöntemi karaciğer<br />
transplantasyonudur; ancak verici bulunması zor olduğu gibi işlem çok<br />
karmaşık, pahalı ve sıklıkla imkansızdır.<br />
• Kalp ve böbreklerin aksine, karaciğer yenilenebilme yeteneğine sahiptir ve<br />
hastalar kendi karaciğer fonksiyonları normale dönene kadar yapay bir<br />
sistemle desteklenirlerse yaşama şansları artacaktır.<br />
• Yıllarca yapay bir karaciğer geliştirilmesi imkansız olarak düşünülmüştür.<br />
Karaciğer oldukça karmaşık bir organdır. Birçoğu henüz bile<br />
anlaşılamamış çok sayıda görevi yerine getirir. Bir bilim adamının deyişiyle<br />
“tek bir insan karaciğerinin fonksiyonlarını taklit etmek için gerekli<br />
ekipman büyük bir ofisi kaplayabilir”
Karaciğer<br />
Böbrek hastalıklarının aksine, karaciğer rahatsızlığı durumunda yapay destek<br />
sistemlerinin kullanımı çok yaygın değildir, çünkü hepatik toksinler üremik<br />
toksinlerin aksine albümine bağlıdır ve dolayısıyla konvansiyonel diyalizle<br />
uzaklaştırılamazlar. Hepatik toksinlerin uzaklaştırılmasına yönelik gelişmeler<br />
çok yakın zamana dayanmaktadır. Bu nedenle karaciğer kendini yenileyene ya<br />
da karaciğer transplantasyonu gerçekleşene kadar hastayı desteklemek henüz<br />
mümkün olmaya başlamıştır.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
1. Peritonel diyaliz<br />
Karın boşluğunda şişme olan hem karaciğer hem böbrek hastası kişilerde sıklıkla<br />
kullanılan bir sitem olmakla birlikte özellikle zayıf peritonel kan akışı olan<br />
hastalarda hepatik toksinlerin uzaklaştırılmasında yetersiz olması nedeniyle<br />
kısıtlı role sahiptir.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
2. Hemodiyaliz<br />
Konvansiyonel hemodiyaliz (HD) difüzyonla<br />
sadece, amonyak ve amino asitler gibi suda<br />
çözünen küçük molekülleri uzaklaştırır.<br />
Ancak, hepatik toksinlerin çoğu albümine<br />
bağlı veya lipidde çözünür olduğu için HD ile<br />
uzaklaştırılamazlar ve rolü sınırlıdır.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
3. Hemofiltrasyon (HF)<br />
Polisülfon veya poliakrilonitril gibi yüksek geçirgenliğe sahip membranlar bazı<br />
hepatik toksinleri ve amonyağı içeren sıvıyı uzaklaştırmak üzere karaciğer<br />
hastalıklarında kullanılmıştır. Hepatik ensefalopati düzelmesi ve şiddetli hepatit<br />
hastalarında yaşama rapor edilmiştir.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
4. Sürekli Renal Değişim Tedavisi<br />
Geçirgen membranların daha yavaş pompa<br />
hızıyla daha uzun süre için hepatik<br />
ensefalopatide kullanımı, aralıklı HD veya<br />
HF’ye göre daha iyi kardiyovasküler ve<br />
intrakraniyel kararlılık sağladığı göstermiştir.<br />
Bir arter damara ulaşıldığında kan pompası<br />
gerekmemekte ve bu şekilde sürekli<br />
arteriovenöz hemodiyaliz (CAVHD) olarak<br />
adlandırılmaktadır. Venöz damarlarda<br />
pompa gereklidir, bu da sürekli venovenöz<br />
hemodiyaliz (CVVHD) olarak<br />
adlandırılmaktadır. Bu yöntem intrakraniyel<br />
basıncı azaltarak hepatik ensefalopatiyi<br />
iyileştirebilir ve inflamatuar sitokinleri<br />
uzaklaştırarak sepsis çöktürücü faktör<br />
olduğunda faydalı olabilir. Laktat bazlı<br />
değişim sıvıları veya diyalizatlardan laktatın<br />
bikarbonata dönüşümü kusurlu olduğundan<br />
sakınılmalıdır. Bu nedenle bikarbonat temelli<br />
sıvılar kullanılmalıdır.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
5. Aktif karbon hemoperfüzyon<br />
<strong>Kan</strong> yağda çözünür toksinleri adsorplayan aktif karbon içeren kartuştan geçirilir ve<br />
teorik olarak HD ve HF’den üstündür, ancak yaşam süresini uzatmakta ek bir<br />
faydası gözlenmemiştir.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
6. Plazma değişimi<br />
Yüksek geçirgenlikli plazma filtreleri kullanarak yüksek hacimli plazma değişimi ile<br />
yağda çözünen ve albümine bağlı hepatik toksinleri uzaklaştırmak mümkündür.<br />
Ek bir aktif karbon kartuşu, toksinleri uzaklaştırmada ve ağır hepatik<br />
rahatsızlığa sahip hastalara destek olarak ek fayda sağlamaktadır.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
7. Biyolojik - DT sorbent sistemi (Karaciğer diyalizi)<br />
Bu sistem selüloz membran diyalizörle aktif karbon süspansiyonu ve sodyum yüklü<br />
katyon değiştirici reçineyi içeren diyalizattan oluşmuştur. Selüloz membrandan<br />
geçen düşük molekül ağırlıklı toksinler uzaklaştırılabilir. Toz haline getirilmiş<br />
sorbent içeren modifikasyonlar yapılmıştır. Bilirubin ve kreatinin azaması ile<br />
ensefalopatide iyileşme gözlenmekle birlikte hastanın tüm yaşam süresinde<br />
iyileşme gözlenmemiştir.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
8. Moleküler adsorbent döngü<br />
sistemi (MARS) diyalizi<br />
Bu sistem diyalizin albümin bazlı<br />
diyalizat içerdiği sistemdir, amaç<br />
albümine bağlı toksinlerin<br />
uzaklaştırılmasıdır. Bunlar<br />
aromatik aminler, safra asitleri,<br />
bilirubin, indoller, fenoller,<br />
merkaptanlar, orta zincirli yağ<br />
asitleri vs. dir. Albümin<br />
moleküllerinin çok sayıda<br />
bağlama bölgeleri sayesinde<br />
önemli taşıma ve detoksifikasyon<br />
fonksiyonları olduğu temeline<br />
dayalı bir sistemdir. Sistem<br />
albümin bağlı toksinlerin<br />
hepatositlere normal transferini<br />
taklit eder. MARS sistemi üç<br />
bölümden oluşmaktadır: kan<br />
devresi, albümin devresi ve HD<br />
veya HF bölmesi.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
9. Biyoyapay karaciğer (BAL)<br />
Bu sistemde, hasta kanı veya plazması hollow<br />
fiber biyoreaktörlere pompalanır. Diyalizat<br />
kısmında taze izole edilmiş veya soğukta<br />
korunmuş domuz hepatositleri veya<br />
dönüştürülmüş insan hepatoma hücre dizisi<br />
bulunur. <strong>Kan</strong> ilk önce plazma filtresinden<br />
geçer ve biyoyapay karaciğerden geçer ve<br />
aktif karbon kolondan geçerek hastaya geri<br />
verilir. Dolayısıyla hem hepatik sentetik<br />
fonksiyonları sağlama hem de diğer ALS<br />
sistemlerinin detoksifikasyon özelliklerine<br />
sahiptir. Etkin hepatositler normal hepatik<br />
fonksiyonun sadece %2’lik görevini<br />
başarabilmişlerdir ve dolayısıyla kronik<br />
karaciğer hastalıklarının akut<br />
dekompensasyonu için pek kullanışlı<br />
değildirler. Domuz endojen virüsünün<br />
bulaşma ihtimaline karşın bu tür bir durum<br />
rapor edilmemiştir. Ancak halen yabancı<br />
proteinlere karşı riskler mevcuttur. Dolayısıyla<br />
bunların etkinliği ve güenliği için daha fazla<br />
çalışmaya ihtiyaç vardır.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
10. Ekstrakorporal karaciğer yardımcı aracı (ELAD)<br />
Bu sistemde kan, diyalizat kısmında genellikle hepatoblastoma hücre dizisinden üretilmiş 200<br />
g insan hepatositi içeren bir veya daha fazla hollow fiberden geçer. Hastalar genellikle<br />
işlemi iyi tolere edebilmektedirler ve ensefalopatide iyileşme gözlenmiştir, karaciğer nakli<br />
bekleyen hastalarda kullanılabilir.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
11. Xenogenic perfüzyon<br />
Ağır hepatik hastalıklarda<br />
hayatı uzatmak için<br />
maymun veya domuz<br />
karaciğeriyle<br />
ekstrakorporal tüm organ<br />
perfüzyonu konvansiyonel<br />
yöntemlere göre önemli<br />
avantaj göstermemiştir.
YAPAY KARACİĞER DESTEK SİSTEMLERİ<br />
12. Ekstrakorporal hepatik perfüzyon<br />
Transplantasyon için uygun olmayan insan karaciğeri ile eksrakorporal perfüzyon<br />
kısa süreli bir iyileşme gösterebilir. Bu nedenle sadece nakilden önce rol<br />
oynayabilir.
Polimerik mikrokürelere tutunan hepatosit hücreleri
Akciğer<br />
Akciğerler göğüs boşluğumuzun büyük<br />
kısmını dolduran koni şeklinde,<br />
süngerimsi yapıda bir çift organdır.<br />
Akciğerlerin başlıca görevi, vücut<br />
hücrelerinin artık maddesi olan<br />
karbondioksiti vücuttan atmak ve<br />
yaşam için temel gereksinim olan<br />
oksijeni vücuda almaktır.<br />
İki katlı plevra denilen bir zarla kaplıdır<br />
ve diyafram aracılığıyla karın<br />
boşluğundan ayrılır.<br />
Nefes almamızı sağlayan<br />
akciğerlerimizin bir diğer önemli<br />
görevi ise kanın temizlenmesini<br />
sağlamaktır. Akciğerin içerisinde<br />
bronşlar ve alveol denen hava<br />
keseleri, kan ve lenf damarları<br />
bulunur.
Akciğer<br />
Çeşitli tiplerde kronik obstrüktif pulmoner akciğer hastalıkları mevcuttur<br />
(COPD);<br />
- Astım<br />
- Kronik bronşit<br />
- Pulmoner emfizemi<br />
- Akciğer kanseri<br />
Akciğer transplantasyonu, son evredeki kronik solunum hastalıklarında tek tedavi<br />
yöntemidir. Ancak organ vericilerin az olması nedeniyle bu olasılığın sınırlı olması<br />
genellikle çoğu hastanın organ beklerken ölümü ile sonuçlanmaktadır. Bu<br />
problemi aşmak üzere çeşitli araştırmalar yürütülmektedir. Gaz değiştirici<br />
membran teknolojisindeki ilerleme ile kan akışına direnci düşük oldukça etkili<br />
oksijenatörler geliştirilmiştir.<br />
Bu membranlarla oluşturulan ve doğal kardiyak akışla çalışan cihazlar potansiyel<br />
akciğer olarak kullanılabilirler.
<strong>Yapay</strong> Akciğer<br />
Akciğer hastaları için şu an<br />
en iyi alternatif kanı<br />
oksijenlendiren ve<br />
dolaştıran ekstrakorporal<br />
membran oksijenatörü,<br />
ECMO gibi<br />
gözükmektedir.
<strong>Yapay</strong> Akciğer<br />
Ekstrakorporal sirkülasyon (ECC)<br />
<strong>Yapay</strong> organ fonksiyonu amacıyla<br />
vücuttaki tüm kanın döngüsü<br />
Ekstrakorporal membran<br />
oksijenatörü (ECMO)<br />
<strong>Kan</strong>ın oksijenlendirilmesi ve atıkların<br />
uzaklaştırılması için bir “akciğer”<br />
membrandan geçirilmesi<br />
ECC ve ECMO’nun tarihi<br />
Gibbon (1937-1957): ECC’nin bulucusu<br />
Clowes (1956): İlk membran oksijenatör<br />
Kolobow (1963): Silikon yapay akciğer<br />
Bartlett (1970): laboratuvar ortamında ECMO<br />
White (1971): infant ECMO<br />
Hill (1971): ilk yetişkin hasta<br />
Bartlett (1974-1982): faz I-II neonatal ECMO denemeleri
<strong>Yapay</strong> Akciğer<br />
ECMO’nun Bileşenleri<br />
• Venöz kanül<br />
• Döner pompa (kanın geri dönüşü için basınç sağlar)<br />
• <strong>Yapay</strong> akciğer (gaz değişimi gerçekleşir)<br />
• Isı değiştirici (kan tekrar ısıtılır)<br />
• Arteriyel kanül
<strong>Yapay</strong> Akciğer<br />
ECMO Devresi
<strong>Yapay</strong> Akciğer<br />
ECMO Devresi
<strong>Yapay</strong> Akciğer<br />
ECMO Devresi<br />
SvO 2<br />
Monitörü<br />
<strong>Yapay</strong><br />
akciğer<br />
Gaz akış<br />
metresi<br />
Basınç monitörü<br />
Isı değiştirici<br />
ultrafiltrasyon<br />
Sıvılar/<br />
Heparin<br />
Pompa
<strong>Yapay</strong> Akciğer<br />
Membran akciğer
Pankreas<br />
Karın boşluğunun üst tarafında ve bel omurlarının ön<br />
kısmında yerleşik bir organdır.<br />
Salgılarıyla sindirim fonksiyonuna yardımcı olur ve kan<br />
şekerini düzenler.
Pankreas<br />
Bugün dünyada 400 milyondan fazla diyabetik hasta vardır.<br />
• Diabetes mellitus kanda ve idrarda yüksek oranlarda şeker ile<br />
karakterize edilen bir hastalıktır. <strong>Kan</strong>da şeker yükselmesinin nedeni<br />
pankreas tarafından üretilen insülin hormonunun yetersiz<br />
salınmasıdır. Bu hormonun yokluğunda vücut hücreleri şekeri<br />
alamazlar ve şeker fazlası idrarla atılır.<br />
• İnsülin enjeksiyonu ve oral hipoglisemiklerin alımı gibi tedavilere<br />
rağmen diyabet kalp hastalığı ve kanserin ardından üçüncü önemli<br />
ölüm nedenidir.<br />
• Diyabet aynı zamanda düşük ve yüksek kan şekeri dengesi iyi<br />
sağlanamadığında böbreklerde, gözlerde ve kan damarlarında da<br />
hasara yol açar.
Pankreas<br />
Son yıllarda birçok bilim adamı değişken kan şekeri problemini<br />
enjeksiyona göre daha duyarlı olarak insülin salımı yapabilen<br />
implante edilebilir insülin pompaları ile çözmeye çalışmaktadır.<br />
Bazı tasarımlarda insülin yavaş ve sürekli olarak salınır. Bu sistemin<br />
dezavantajı diyet ve aktivite ile oluşan değişiklikleri göze<br />
almamasıdır.<br />
Diğerlerinde salınacak insülin miktarı kandaki şeker miktarına duyarlı<br />
bir sensör ile belirlenir. Bu tasarımların zorluğu aylarca fonksiyon<br />
gösterebilecek elektrotların yapılmasındadır.<br />
Elektrodun bozulması çok kötü sonuçlara yol açabilir: çok fazla veya<br />
çok az insülin salımı öldürücü olabilir.
<strong>Yapay</strong> Pankreas<br />
<strong>Yapay</strong> Pankreas Nasıl Çalışır?
<strong>Yapay</strong> Pankreas<br />
Sürekli glukoz izlenmesi için bazı teknikler
<strong>Yapay</strong> Pankreas<br />
Mikrodiyaliz ile<br />
glukoz tayini
<strong>Yapay</strong> Pankreas
<strong>Kan</strong><br />
• Kullanılacak oksijenin dokulara taşınması ve karbondioksitin<br />
akciğerlere ulaştırılması<br />
• Barsaklardan emilen metabolik ihtiyacı karşılayacak maddelerin<br />
gerekli yerlere ulaştırılamsı<br />
• Metabolik faaliyetler esnasında ortaya çıkan atıkların ve ihtiyaç<br />
fazlası maddelerin karaciğer ve böbrek gibi detoksifikasyon<br />
organlarına götürülmesi<br />
• Sıvı ve elektrolit dengesi<br />
• Vücut ısı dağılımı<br />
• Hormon ve ilaçların dokulara taşınımı<br />
• Asit ve baz dengesi<br />
• Hücresel ve humoral bağışıklık<br />
Gibi önemli görevlere sahiptir
<strong>Yapay</strong> <strong>Kan</strong><br />
Nakillerde, insan kanı yerine yapay kan kullanılması düşüncesi yeni değil.<br />
17 yüzyılda, Sir Cristopher Wren, bira, şarap ve hatta afyonun insan kanı<br />
yerine kullanılabileceğini öne sürmüştü. Ancak, kan nakillerinin modern<br />
çağı, Karl Landsteiner’in 1901 yılında insan kanı grup antijenlerini<br />
keşfetmesiyle başladı. Landsteiner, kanı A, B ve C (daha sonra 0 olarak<br />
değiştirildi) olmak üzere önce üç gruba ayırdı; bir yıl sonra da AB grubu<br />
listeye eklendi. Bu çalışmalar, o zamana kadar yapılan nakillerin neden<br />
başarısız olduğunu açıklıyordu.<br />
17. yüzyıldan itibaren kan nakilleri doğum veya travma ile oluşan kan<br />
kayıplarını karşılamak üzere veya kan değişimi tedavilerinde<br />
kullanılmaktadır.<br />
Ancak hastalıklı kan sorunu (HIV, hepatit…) Yetersiz kan bağışları ve diğer<br />
bazı nedenlerden dolayı kanın yerine geçebilecek çözeltiler üzerinde yoğun<br />
olarak çalışılmaktadır.
<strong>Yapay</strong> <strong>Kan</strong><br />
<strong>Kan</strong>ın yerine kullanılması düşünülen bileşiklerin taşıması gereken<br />
başlıca özellikler<br />
• Toksik olmama<br />
• Hastalık taşımama<br />
• Kolay taşınabilme<br />
• İmmün tepkiye neden olmama<br />
• Uzun raf ömrüne sahip olma<br />
• <strong>Kan</strong>ın birçok işlevini yerine getirebilme<br />
• ve tüm kan grupları ile uyumlu olma şeklinde özetlenebilir.<br />
• Bu bileşikler vücut eksik kanı tamamlayana kadar vücutta kalabilmeli<br />
ve sonra herhangi bir yan etkiye neden olmadan vücuttan<br />
atılabilmelidir.
<strong>Yapay</strong> <strong>Kan</strong><br />
Perflorokarbon (PFC) Emülsiyonları<br />
Oksijen ve karbondioksit gibi gazları büyük miktarda çözebilirler. PFC’ler oksijeni<br />
aktif olarak tutan ve bırakan hemoglobinin aksine gazları pasif olarak<br />
dağıtırlar. Oksijen plazmada yüzen PFC’ye kırmızı kan hücreleri ile<br />
etkileşmeden yönlenir. PFC’nin alabileceği oksijen miktarı solunan oksijen<br />
miktarı ile doğru orantılıdır. Difüzyon ve taşıma gibi kısıtlamaları olmadığından<br />
gazları hemoglobine göre daha etkili ve hızlı taşırlar. Retiküloendotel sistem<br />
PFC taneciklerini dalak ve karaciğerde biriktirdikten sonra akciğerlerden gaz<br />
olarak atar. Tanecikler PFC verildikten yaklaşık 4-12 saat sonra ortamdan<br />
uzaklaştırılmış olurlar.<br />
PFC’lerin yaygın kullanımı bileşiğin yan etkileri,<br />
saklama zorlukları ve düşük verimi gibi<br />
sebeplerle gerçekleşmemiştir.
<strong>Yapay</strong> <strong>Kan</strong><br />
Hemoglobin-Bazlı Oksijen Taşıyıcılar<br />
Her bir hemoglobin molekülünde, demir içeren ve heme grubu olarak<br />
adlandırılan, her biri bir oksijen molekülüne bağlanan dört zincir<br />
bulunur. Bu oksijen-heme bağı, hemoglobin molekülünün şeklinde<br />
değişime yol açar. Bu durum, hemoglobinin ilave oksijen moleküllerini<br />
giderek daha fazla çekmesine yol açar. Yani, oksijen kısmi<br />
basıncındaki küçük bir değişiklik, hemoglobinin bağlandığı ya da<br />
bıraktığı oksijen miktarında önemli bir değişime neden olur.<br />
Bunun yanında, sıcaklık ve pH da oksijenin hemoglobine bağlanmasını<br />
etkiler.<br />
Benzer olarak, 2,3-difosfogliserat denen ve normalde insan<br />
eritrositlerinde bulunan bir ürün, oksijenin hemoglobine bağlanmasını<br />
etkiler. 2,3 Difosfogliserat derişimi arttıkça, oksijenin dokulara<br />
bırakılması daha yüksek oksijen kısmi basıncında gerçekleşir.
<strong>Yapay</strong> <strong>Kan</strong><br />
Hemoglobinin hücreden arındırılmış bir çözeltisi,<br />
kan yerine kullanılabilir; çünkü hemoglobin,<br />
• alyuvarlar olmadan da oksijen taşıma yeteneğini korur.<br />
• uyum testi gerektirmez.<br />
• enfeksiyona yol açan ajanlara karşı yüksek filtreleme ve düşük<br />
sıcaklık gibi yöntemlerle sterilize edilebilir (yani mikroplardan<br />
arındırılabilİR).<br />
Buna karşılık, vericiden alınan kanın, alıcıda hemolitik<br />
reaksiyona (alyuvar parçalanmasına) yol açmaması<br />
için dikkatle çapraz testten geçirilmesi gereklidir.<br />
Ancak, HBOT’ların<br />
• dolaşımda beklenmedik biçimde çok kısa ömürlü olmaları,<br />
• anormal ölçüde oksijen çekmeleri ve<br />
• klinik yan etkileri en önemli sorunlarıdır.
<strong>Yapay</strong> <strong>Kan</strong><br />
Bu sorunun üstesinden gelmek için;<br />
• hemoglobinin kimyasal olarak değiştirilmesine<br />
• hemoglobini biyolojik olarak bozunabilen polimer nanokapsüllerden<br />
ya da yağ keseciklerinden yapılan yapay kan hücrelerinin içine<br />
yerleştirilmesine çalışılmaktadır.<br />
HBOT’larla ilgili, aşılması gereken sorunlardan birincisi, yapay kanda<br />
kullanılan hemoglobinin kaynağı.<br />
– En baştaki aday, saklama süresini aşmış verici kanından üretilmiş insan<br />
hemoglobini. Ancak, insan kanı kaynağının yeterli olmaması, insan kökenli<br />
HBOT’lar geliştirmeyi zorlaştırıyor.<br />
– Daha kolay elde edilebilen ve aynı zamanda da ucuz olan bir kaynak da<br />
sığır kanıdır. Sığır kanı, insanlar tarafından yabancı madde olarak<br />
algılanmıyor; ancak hastalık bulaştırma riski var.<br />
– Genetik olarak geliştirilebilecek bakterilerle, sığırlardan ya da insanlardan<br />
geçebilecek hemoglobine bağlı hastalıkların önüne geçilebilir.
<strong>Yapay</strong> Göz<br />
Göz, özellikle de retina kaynaklı hastalıklara çözüm arama<br />
çalışmalarının başlangıcı 1950’li yıllara kadar uzanır. Kör bir<br />
hastanın geçici olarak ışık duyumunu algılamasını sağlayan ve<br />
retinanın arkasına yerleştirilen küçük, düz ve ışığa duyarlı ilk<br />
patentli selenyum pil 1956’da Tassiker’ce tanımlandı. Görüş<br />
gücünü geliştirmeye yönelik girişimler sonraki yıllarda<br />
sürdürüldü. 1990’ların başında bu konuda çalışan<br />
araştırmacıların çoğu, retinaya doğrudan nakli mümkün olan bir<br />
protez geliştirmek için çalışmalara başladılar. Retinal naklin<br />
gereksinimlerine uygun malzeme seçimi, minicik karmaşık<br />
elektrodların yaratılması, malzeme ve retinal doku etkileşmeleri,<br />
elektrik ve eletronik devrelerin tasarımı, cerrahi teknikleri<br />
geliştirilmesi, hastayla üretilen malzemenin birbirine uyumu<br />
başlıca araştırma konuları. ABD, Almanya ve Japonya’daki<br />
gelişmeler, önümüzdeki birkaç yıl içinde, retinal naklin klinik<br />
testlerde kullanılacağına işaret veriyor.
<strong>Yapay</strong> Göz<br />
Çeşitli araştırma gruplarının retina altı implant geliştirme çalışmaları sürüyor. Yaklaşık 50 – 100 mikrometre<br />
kalınlıkta, 2 – 3 mm çaplı büyüklüklerdeki ince bir tabaka, altın ya da titanyum nitritten yapılmış,<br />
mikroelektrotlarla donatılmış ışığa duyarlı fotodiyotların yüzlercesini yada binlercesini taşır. Görünür cisimden<br />
doğan (dışardaki nesneden gelen) ışık, mikrofoftodiyotlarca yüzlerce mikroelektrotun herbirinde küçük akımlara<br />
dönüştürülür. Bu akımlar retinal ağdaki sinir hücrelerine aktarılır. Retina altı protezin, zarar görmüş fotoalıcı<br />
hücrelerin doğrudan yerine geçebilen mikrofotodiyotları içermesi, retinanın bozulmadan kalmış sinir hücreleri<br />
ağında elektrik sinyallerini işleyebilme yeteneği, retina altı boşluktaki mikrofotodiyotların yerleşimi ve<br />
sabitlenmesinin görece daha kolay oluşu, harici bir kamera ya da görüntü işlemcisi gereksinimi olmayışı,<br />
yerleştirilen cisimlere göz hareketlerinin uyumlu oluşu gibi sayısız avantajları var.
<strong>Yapay</strong> Kulak<br />
Tamamen sağır olan pek çok insan<br />
doğrudan işitme sinirini uyaran bir<br />
mikroelektrot aygıt olan “kohlear<br />
implant”tan faydalandı. İşitme siniri<br />
işlevsel olmayan hastalar için yeni nesil<br />
işitme protezleri umut vaad ediyor. Yeni<br />
nesil implantlar, beyin sapı işitme<br />
bölgelerinin yüzeyine veya içerisine<br />
yerleştirilecekler, işitme sinirini atlayarak<br />
doğrudan beyin sapının işitme<br />
merkezlerini uyaracaklar.<br />
Kısmi ya da tam işitme kaybının pek çok nedeni olabilir. Örneğin, dış<br />
Kulaktaki yada kulak zarı ve işitme kemiklerinden oluşan orta kulaktaki<br />
bir bozukluktan dolayı seslerin iletilememesinden kaynaklanan işitme<br />
kaybı oluşur. Genellikle ses titreşimlerini yükselten bir işitme aygıtı<br />
yardımıyla rahatsızlık düzeltilir. Gerçek sağırlık ise kohleadaki kirpikli<br />
duyu hücrelerinin yokluğu nedeniyle oluşur. Kohlea, içi sıvı dolu,<br />
salyangoz biçimli iç kulak organıdır; ses dalgalarını beyne iletilecek<br />
elektrik sinyallerine dönüştürür.
<strong>Yapay</strong> Kulak<br />
Kohlear implant, ses dalgalarını toplayan<br />
bir harici mikrofon ve ses dalgalarını<br />
elektriksel uyarılara dönüştüren bir ses<br />
işlemcisinden oluşur. Elektriksel uyarı, deri<br />
altına yerleştirilmiş bir alıcıya gönderilir.<br />
Alıcı, elektriksel uyarıları, kohlea içine<br />
yerleştirilmiş bir mikroelektrod dizgesine<br />
gönderir. Elektrodlar işitme sinirinin liflerini<br />
uyarırlar. Böylece elektrik sinyalleri, önce<br />
beyin sapının kohlear çekirdeğindeki<br />
uygun (tonotopik) alanlara, sonra da daha<br />
üst işitsel işlem merkezlerine yayılır.
<strong>Yapay</strong> Deri<br />
Ciddi derecede yanıklarda derinin<br />
epidermisin aşağısında uzanan iki<br />
milimetre kalınlığındaki hasara<br />
uğradığında yenilenemeyen<br />
dermis tabakası kaybedilir. Bu<br />
hastalara genellikle otograftlar<br />
veya vücutlarının diğer bir<br />
bölgesinden veya kadavralardan<br />
deri nakilleri yapılır. Ancak bu<br />
yöntemin dezavantajları vardır.<br />
Verilen graft genellikle yanan<br />
bölgeden daha küçüktür ve<br />
gerilmesi gereklidir. Bu da nakil<br />
edilen bölgede yaralanmaya yol<br />
açabileceği gibi graftın alındığı<br />
bölgede de dermisin yaklaşık yarı<br />
kalınlığının alınması gereklidir ve<br />
bu bölgede de yara oluşumu söz<br />
konusudur.
<strong>Yapay</strong> Deri<br />
Bunun yerine uygulanan<br />
yaklaşımlardan birisi hücreleri<br />
vücut dışında üreterek doğal<br />
dokuları taklit etmesinin<br />
sağlanmasıdır. Bu yapay<br />
dokular daha sonra vücut<br />
içerisine nakledilerek hastalıklı<br />
veya hasarlı dokuların<br />
iyileştirilmesinde kullanılır. <strong>Kan</strong><br />
damarlarını ve sinirleri içeren<br />
doğal konakçı doku, zamanla<br />
yapay dokuların yerini alır.<br />
Klinik uygulamalar,<br />
eklemlerdeki kıkırdak doku, deri<br />
ve damar sistemi çalışmalarını<br />
içeriyor.
<strong>Yapay</strong> Kas<br />
Doğal kas<br />
Kasılma organıdır<br />
Sinir uyarılarına karşı güç ve hareketi sağlayan fiberlerden<br />
oluşur.<br />
Kaslar aktin ve miyozin proteinlerinin kemo-mekanik etkileriyle<br />
kasılır.<br />
Vücut eklemleri birbirlerine karşıt çalışan kasların diziliminden<br />
oluşmuştur.
<strong>Yapay</strong> Kas<br />
Doğal kasları taklit eden implante edilebilir yapay kasların yapılabileceği<br />
ilk kez 1600’lü yıllarda Decartes tarafından önerilmiştir.<br />
Çok farklı türlerde yapay kaslar geliştirilmiştir<br />
McKibbin kas hareketlendiriciler<br />
İmplante edilebilir hava tüpleri düşük frekansla büyük<br />
kuvvet sağlamaktadır.<br />
PAN-pH değişimi ile kimyasal olarak uyarılabilenler<br />
Elektriksel olarak uyarılabilen kaslar.<br />
İyonik-Polimer Metal Kompozit<br />
Solenoidler<br />
Piezo-aktif polimerler ve seramikler
Mc Kibben <strong>Yapay</strong> Kası<br />
<strong>Yapay</strong> Kas<br />
Günümüz teknolojisi<br />
İyonik-Polimer<br />
Metal Kompozit<br />
Poliakrilonitril (PAN)<br />
McKibben kası tendon ve<br />
gerçek kasların enerji<br />
depolama özelliklerini taklit<br />
eden yay benzeri bir yapıya<br />
takılı bir araçtır.<br />
• Etkin kullanım<br />
• Düşük fiyat<br />
• Esneklik<br />
• Uygun boyut<br />
gibi avantajları vardır.<br />
Perflore edilmiş iyon<br />
değişim membranları<br />
içermektedir.<br />
İşlem için elektrotlar ve<br />
elektrik akımı gereklidir.<br />
• Hafif<br />
• Sıkı<br />
• Düşük voltajla<br />
çalışabilir<br />
• Gerilme kapasitesi<br />
yüksektir.<br />
Jel ve plastik<br />
karışımından oluşmuştur.<br />
pH’ya bağlı olarak kasılır.<br />
Hızı insan kasına<br />
yakındır. Lateks tüplerle<br />
kaplanmalıdır.<br />
Hala geliştirilme<br />
aşamasındadır.
denizli@hacettepe.edu.tr<br />
www.bioreg.hacettepe.edu.tr
Change language