doku mühend‹sl‹ - TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
doku mühend‹sl‹ - TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
doku mühend‹sl‹ - TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
‹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