Doku/organ kaybı ve işlevsel bozuklukların tedavisinde “doku rejenerasyonu” yaklaşımı, günümüzün en heyecan verici araştırmalarının temelini oluşturuyor ve gelecek için büyük umutlar vaadediyor.
Doku rejenerasyonu, yani “dokunun yeniden yapılanması” için çeşitli biyomalzemeler kullanılıyor. “Doku iskelesi” görevini üstlenen bu malzemeler, 3boyutlu fabrik ya da süngerimsi jel olabiliyor. Hastadan izole edilen sağlıklı hücreler doku iskelesine yapışarak burada çoğalıyor, farklılaşıyor ve sağlıklı bir doku oluşturacak şekilde organize olurlarken doku iskelesi de parçalanıyor. Doku iskelesi yapay bir “hücredışı matris” (extracellular = ECM) olarak düşünülebilir. ECM, hücreler için fiziksel destek sağlamasının yanısıra, hücre gelişmesi, farklılaşması ve işlevleri açısından önemli role sahiptir. Yeni doku geliştikten ve hücreler ECM oluşturabilecek kapasiteye ulaştıktan sonra iskeleye ihtiyaç duyulmaz. Bu nedenle iskelenin biyobozunur bir malzemeden yapılması ve gerçek doku mikroçevresine benzer olarak 3boyutlu yapıda inşa edilmesi gerekiyor.
Bu yöntem çok sayıda doku benzeri yapının oluşturulmasında kullanılıyor. Bunlar arasında deri, kıkırdak, kemik, karaciğer, sinir ve kan damarları sayılabilir. 1990 yılında yanık tedavisi amacıyla yapay deri üretildi ve ilk ticari ürün olarak piyasaya sürüldü.
Doku iskelesi yapımında biyomalzeme olarak, biyobozunur polimerler ve biyoseramikler tercih ediliyor. Örneğin, hastadan alınan kemik hücreleri, hidroksiapatit (biyoseramik) doku iskelesi üzerinde kültür edilerek (çoğaltılarak) kemik dokusu yenilenebiliyor. Bu iskele deniz mercanından hazırlanıyor. Mikroyapısı, doğal kemiğin hücredışı matrisine (ECM) çok benziyor. Gözenek çapları 250 mikron, yani saç telimizin üç katı kadar. Bir diğer örnek, kalp ameliyatları için kan damarı oluşturulması. Bu uygulamada tüp şeklindeki kollajen doku iskeleleri kullanılıyor ve düz kas hücreleriyle endotel hücreler bu iskele üzerinde çoğaltılıyor.
Doku iskeleleri ile ilgili çözümlenmesi gereken bazı sorunlar var. Bunlar, iskele üzerinde hücre dağılımının düzgün olmaması, büyük doku üretimi için kan damarı oluşumunun sağlanması gerekliliği ve hücresel işlevlerin düzenlenmesi için çeşitli büyüme faktörlerinin, (diğer bir deyişle biyosinyallerin) doku iskelesine yeterli miktarda ve uygun yöntemle yüklenmesi gerekliliğidir (immobilizasyon).
Yukarıda sözü edilen olumsuzluklar, “hızlı prototipleme” (rapid prototyping=RP) olarak adlandırılan fabrikasyon yöntemleriyle giderilmeye çalışılıyor. RP ya da “katı serbest şekil fabrikasyonu” (solid freeform fabrication=SFF) tekniği, gelişmiş bilgisayar teknolojisine dayanıyor. En önemli avantajı, bilgisayar modelinden hızlı olması ve karmaşık ürünlerin doğrudan üretilebilmesi. Bu yöntemde öncelikle malzemenin 3boyutlu CAD (computer aided design=bilgisayar destekli dizayn) modeli hazırlanır ve bu model, herbiri 0,10,5 milimetre kalınlıktaki ince kesit tabakalarına dilimlenir. Daha sonra, her bir tabaka istenilen fiziksel şekli oluşturmak üzere seçilerek bir önceki tabaka üzerine eklenir. Bu amaçla çeşitli SSF işlemleri geliştirilmiş. Bunlar arasında SLS (Selective Laser Sintering=Seçimli Lazer Sinterleme) ve 3DP (ThreeDimensional Printing=ÜçBoyutlu Baskılama) teknikleri sayılabilir.
Biyomalzemelerde gelecek için hedefleri vermeden önce geçmişe ve bugüne bir göz atalım. Geçmişte, bir doku hasar gördüğü veya işlevini yitirdiğinde çözüm, bu dokunun uzaklaştırılmasıydı. Ancak geçtiğimiz yüzyılda yeni antiseptiklerin, penisilin ve diğer antibiyotiklerin keşfi, hijyenin sağlanması ve aşılamalara bağlı olarak, gelişmiş ülkelerde insan yaşam süresi 80’in üzerine çıktı. Bu durumda, özellikle geçtiğimiz 40 yılda, yaşam kalitesinin de azalmaması için hasarlı dokunun yerine sağlamının yerleştirilmesi önem kazandı. Bu da iki şekilde mümkün oldu. Transplantasyon (nakil) ve implantasyon (yerleştirme). Transplantasyonda, hastanın kendi dokusu, başka bir insandan ya da hayvandan alınan dokuların kullanımı söz konusu. İmplantasyondaysa biyomalzemeler kullanılıyor. Ancak tüm implantların ömürleri sınırlı. Son gelişmelerle ortopedik, kalpdamar ve diş implantlarının kullanım ömrü 15 yılın üzerine çıktı. Özellikle implantların dokulara biyoaktif olarak sabitlenmesi, ortopedik protezlerin ömrünün uzamasında çok etkili oldu.
Gelecek içinse şöyle bir mesaj var: Biyomalzeme konusundaki araştırmalar, vücudun kendini yenileme kapasitesini kullanacak veya artıracak yöne kaymalı. Böylelikle doğal dokuların yeniden yapılanmasını sağlayacak biyomalzemelerin kullanılabilecek protezlerin kullanım süresi artırılabilecek. Doku yenilenmesi, son derece kapsamlı bir olay. Doku yapısının yeniden inşasını, doku işlevinin, metabolik ve biyokimyasal davranışların ve biyomekanik performansın yeniden kazanılmasını içeriyor. Bu nedenle, doku yenilenmesi, biyoloji, genetik mühendisliği, hücre ve doku mühendisliği, görüntüleme teknikleri ve teşhis, mikrooptik ve mikromekanik cerrahideki ilerlemelerin ışığında gerçekleşecek.
Gözenekli, inorganikorganik hibrid malzemelerden, kontrol edilebilir hızlarda bozunabilen, kontrol edilebilir yüzey özelliklerine sahip doku iskeleleri hazırlanarak doku yenilenmesi sağlanabilir. İnorganik ve organik bölümlerin miktarı değiştirilerek, malzeme üzerindeki hücre üremesi ve farklılaşması kontrol edilebilir.
Biyoaktif cam jeller, kalsiyum oksitfosfor pentaoksitsilisyum dioksit bileşimine sahip inorganik malzemelerdir. Hayvan deneyleri, bu malzemenin kemik dokusunun yenilenmesinde başarılı olduğunu göstermiş. Şu anda doku yenilenmesi için büyük bir gelecek vaadediyor. Bileşiminde yapılacak değişimler, istenilen üçboyutlu mimariye ulaşacak şekilde işlenmesini sağlayacak fabrikasyon tekniklerindeki gelişmelerle, bu malzemenin, yumuşak bağ dokusu ve kalpdamar dokularının reyenilenmesinde de kullanımı hedefleniyor.
Biyomalzemelerin doku yenilenmesinden farklı yöndeki geleceği ise nanoteknolojiye dayalı uygulamalar. Bu teknolojinin ürünü olarak geliştirilecek nanorobotların bakteri ve virüs enfeksiyonlarını tedavi etmesi, kanser hücrelerini saptayıp yok etmesi, dolaşım sistemindeki zararlı maddeleri temizlemesi, hasarlı dokulara oksijen sağlaması ve çeşitli hastalıkların izlenmesi ve teşhisinde kullanımı amaçlanıyor.
