Sabancı Üniversitesi Nanoteknoloji Uygulama ve Araştırma Merkezi'nde (SUNUM), Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Üretim Sistemleri Programı öğretim üyesi Bahattin Koç ve öğrencileri; Can Küçükgül, Saime Burçe Özler, Forough Hafezi canlı hücreler kullanarak üç boyutlu biyo-basım yöntemi ile yapay doku üretmeyi başardı.
Bahattin Koç liderliğindeki 3B doku ve organ basımı proje grubunun nihai hedefi, laboratuvar ortamında bir doku veya organının bir bölümünü, anatomik yapısına uygun olarak üç boyutlu biyoyazıcı ile canlı hücreler kullanarak basmak. Projenin ileriye dönük en önemli hedefi, 3B Biyo-yazıcı ile hastanın kendi normal hücrelerini veya kök hücrelerini kullanarak, gereken doku hatta organının bire bir kopyasını üretebilmek. Böylece hastanın kendi hücreleri ile üretilen yapay doku veya organı hastanın vücudunun reddetmesi gibi bir durumu ortadan kaldırmak.
Ekip MR datalarını kullanarak, MR'daki anatomik yapıya uygun olarak Türkiye'de ve dünyada ilk kez Aort damarı doku örneğini, hücreleri ve destek yapılarını kat-kat üç boyutlu basarak oluşturuldu. Proje ekibi, ilk defa canlı hücreler kullanarak 3B bio-basım yöntemi ile aort benzeri, anatomik yapısına uygun, büyük damar dokusu üretti. Dünya'daki diğer tekniklerden farklı olarak Sabancı Üniversitesi'ndeki araştırmacılar geliştirdikleri “kendi-kendini” destekleyen 3B yapılar ile dokunun basılması ile dünyada bir ilke imza attı.
Üç Boyutlu (3B) Doku ve Organ Basımı Projesi hakkında
Üç Boyutlu (3B) Doku ve Organ Basımı Projesi ekibi, aort doku örneğini 3B olarak basmak için canlı insan fibroblast hücrelerini biyo-mürekkep olarak kullandı. İnsan damar dokusu genel olarak üç farklı hücre tipinden oluşmaktadır: Fibroblast, endotel ve düz kas hücreleri. Fibroblast hücreleri bağ dokusunun ana hücreleridir. Dokular için gerekli olan ekstraselüler matriks yapısının ve kolojen proteinin oluşumunu sağlar. Endotel hücreleri ise damarların ince iç tabakasını oluşturan hücrelerdir. Düz kas hücreleri damar, yemek borusu, bağırsak gibi iç organlarda bulunan kas hücreleridir. Bir sonraki aşama olarak fibroblastların yanı sıra endotel ve düz kas hücrelerini de kullanarak oluşturulacak damar dokusunu biyoreaktörde güçlendirmek için çalışmalar devam ediyor.
Disiplinlerarası bir çalışmanın sonucu olarak üretim sistemleri, biyoloji, nanoteknoloji, malzeme, gibi konularda çalışan yüksek lisans öğrencileri ile araştırmacıların yer aldığı dört kişilik ekip, projede ayrıca biyoloji konusunda Yeditepe Üniversitesi ve tıbbi konularda GATA'daki danışmanlarından destek alıyor.
Sabancı Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Üretim Sistemleri Programı öğretim üyesi Bahattin Koç 3B Doku ve Organ Basımı Projesini anlatıyor:
Bu çalışmaya öncelik vermemizin iki temel sebebi var: Birincisi, Aort insandaki en büyük ve tek damar olduğu için, bunun otolog greft ile tedavisi maalesef mümkün değil. Bunun tedavisi için şu anda plastikden (dacron) yapılmış sentetik damarlar kullanılıyor ve bunlar hiçbir zaman normal insan damarı gibi olmuyor. İkinci sebep, eğer 3B yapay doku veya organ üretecek isek, bu doku veya organların beslenmesi için öncelikle damar dokusunun oluşturulması gerekiyor. Bu arada birçok insanın bilmediği bir gerçek: Einstein'ın ölüm sebebi abdominal aort anevrizmasıdır. Anevrizma demek bir damarın balon gibi genişlemesidir. İleriki aşamada damar yırtılması ile iç kanamaya ve ölüme neden olabilir. Bizim çalışmamız sonucunda, abdominal aort damarı hastanın kendi hücre veya kök hücrelerini kullanarak üretilebilecek ve yapay damar bu tür hastalara nakil edilecek. Şu anda bu çalışmaların başlangıç aşamasındayız ve klinik uygulamaları uzun yıllar alabilir.
Daha önce yapılmış doku mühendisliği çalışmalarından farklı olarak, biz, 3B basımda canlı hücreleri biyo-mürekkep olarak kullanıyoruz Geliştirdiğimiz algoritmaları kullanarak üreteceğimiz dokunun anatomisine göre hücrelerin basım yollarını en optimum şekilde hesaplıyoruz. Aynı zamanda hücreleri desteklemek için, destek yapılarını belirliyoruz. Yine diğer çalışmalardan en büyük farkımız, tüm hücreler tamamen birbirini desteklemiş şekilde dokunun üç boyutlu anatomisine uygun olarak belirliyoruz. Biyoyazıcıyı kontrol etmek için komutlar dosyaya kaydediliyor. Daha sonra bu komutları kullanarak biyo-yazıcının nereye hücre, nereye destek yapısı basacağını kontrol ediyoruz.
Sonuçta ana hedefimiz anatomik yapıya yakın ve fizyolojik gereksinimleri karşılayabilecek yapay aort damar dokusunun elde edilmesini hedefliyoruz. Projede fonksiyonel organ veya doku yapmıyoruz ama birebir doku veya organın bir parçasını, geliştirdiğimiz algoritma ve programlar ile tasarlıyoruz. Daha sonra 3B biyoyazıcıyı kontrol edecek komutlar haline getirip, kat-kat canlı hücre ve biyomalzemeler ile basımını gerçekleştiriyoruz. Şu anda tam fonksiyonlu bir yapay doku üretme aşamasında değiliz ama bunun için çalışmalarımız devam ediyor.
Bahattin Koç'un 3B Doku ve Organ Basımı Projesindeki çalışmaları
Sabancı Üniversitesi Üretim Sistemleri Mühendisliği Programı Öğretim Üyesi Bahattin Koç'un 3B yazıcı ile üretim araştırmalarına yaklaşık 16 yıl önce başladı. Doku mühendisliği ile ilgili çalışmalarına Amerika'da University at Buffalo (SUNY) de yaklaşık 7 sene önce başladı. Amerikan Savunma Sanayi (U.S. Department of Defense) tarafından desteklenen yapay deri ve yaraların iyileşmesi için scaffold adı verilen 3B destek yapılarının tasarımı ve üretimi üzerinde çalışmalar yaptı. Yaklaşık 2 yıldır da bu proje üzerinde, doğrudan canlı hücreleri 3B basımı ile yapay doku ve organ üretimi üzerinde çalışıyor.
3 boyutlu biyoyazıcıdan aort damarı üretildi!
Dünyada ve Türkiye’de ilk defa ‘Üç Boyutlu (3B) Doku ve Organ Basımı Projesi’ kapsamında (3D Tissue and Organ Printing) 3B biyo-yazıcı ile canlı hücreler kullanılarak doku yapısı üretildi.
