Hidrojel ile Kalpteki Kusurlar Onarılabilir mi?
İnsan vücudu parçalarını değiştirmek ve onarmak için yaşam benzeri malzemeler geliştirme arayışında olan bilim insanları zorlu bir mücadeleyle karşı karşıya: Gerçek dokular genellikle hem güçlü hem de esnek olmalı ve şekil ve boyut bakımından farklılık gösterebilmelidir.
CU Boulder liderliğindeki bir ekip, Pennsylvania Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla işbirliği yaparak, bu zorlukları aşma konusunda kritik bir adım attı. Kalbin sürekli atışına dayanacak kadar elastik, eklemlere binen ezilme yüküne dayanacak kadar sert ve bir hastanın benzersiz kusurlarına uyacak şekilde kolayca şekillendirilebilen 3D baskı malzemesi için yeni bir yöntem geliştirdiler.
Daha da iyisi, bu malzeme ıslak dokuya kolayca yapışabiliyor.
Science dergisinin 2 Ağustos tarihli sayısında açıklanan bu buluş, ilaçları doğrudan kalbe ileten iç bandajlardan kıkırdak yamalarına ve iğnesiz dikişlere kadar yeni nesil biyomalzemelere giden yolu açmaya yardımcı oluyor.
“Kalp ve kıkırdak dokuları, kendilerini onarma kapasitelerinin çok sınırlı olması bakımından benzerdir. Hasar gördüklerinde bunun geri dönüşü yoktur,” diyor CU Boulder BioFrontiers Enstitüsü’nde kimya ve biyoloji mühendisliği profesörü olan kıdemli yazar Jason Burdick. “Bu onarım sürecini geliştirmek için yeni, daha esnek malzemeler geliştirerek hastalar üzerinde büyük bir etkiye sahip olabiliriz.”
İlham kaynağı olarak solucan ‘lekeleri’
Tarihsel olarak, biyomedikal cihazlar kalıplama veya döküm yoluyla oluşturulmuştur; bu teknikler aynı implantların seri üretimi için iyi çalışır, ancak bu implantları belirli hastalar için kişiselleştirmek pratik değildir. Son yıllarda 3D baskı, araştırmacıların birçok şekil ve yapıda malzeme üretmesine olanak tanıyarak tıbbi uygulamalar için yeni olanaklar dünyasının kapılarını açtı.
Kağıt üzerine mürekkep yerleştiren tipik yazıcıların aksine, 3D yazıcılar çok boyutlu nesneler oluşturmak için plastik, metal ve hatta canlı hücreleri katman katman biriktirir.
Hidrojel (kontakt lenslerin yapıldığı malzeme) olarak bilinen özel bir malzeme, yapay dokular, organlar ve implantlar üretmek için ideal bir aday olarak görülmüştür. Ancak bunları laboratuvardan kliniğe taşımak zordur çünkü geleneksel 3D baskılı hidrojeller gerildiğinde kırılma, basınç altında çatlama ya da dokuların etrafında kalıplanamayacak kadar sert olma eğilimindedir.
“Kalbinize yapıştırılmış sert bir plastik olduğunu düşünün. Kalbiniz attıkça deforme olmazdı,” diyor Burdick. “Sadece kırılırdı.”
Burdick ve meslektaşları, 3D baskılı hidrojellerde hem mukavemet hem de esneklik elde etmek için, hem katı hem de sıvı benzeri özelliklere sahip üç boyutlu “solucan lekeleri” içinde birbirlerinin etrafında tekrar tekrar dolaşan ve çözülen solucanlardan ilham aldılar. Önceki araştırmalar, “dolaşıklık” olarak bilinen benzer şekilde iç içe geçmiş molekül zincirlerinin dahil edilmesinin onları daha sert hale getirebileceğini göstermiştir.
CLEAR (Redoks başlangıcı ile desteklenen Işığa Maruz Kalma Sonrası Sürekli Kürlenme) olarak bilinen yeni baskı yöntemi, uzun molekülleri iç içe geçmiş solucanlar gibi 3D baskılı malzemelerin içine dolaştırmak için bir dizi adım izliyor.
Ekip bu malzemeleri laboratuvarda gerip ağırlık yüklediğinde (hatta bir araştırmacı bisikletiyle bir numunenin üzerinden geçtiğinde), Dijital Işık İşleme (DLP) olarak bilinen standart bir 3D baskı yöntemiyle basılan malzemelerden kat kat daha sert olduklarını gördüler. Daha da iyisi: Bu malzemeler hayvan dokularına ve organlarına uyum sağladı ve yapıştı.
Burdick Laboratuvarı’nda araştırma görevlisi olan ilk yazar Matt Davidson, “Artık dokuyu mekanik olarak destekleyecek kadar güçlü yapışkan malzemeleri 3D olarak basabiliyoruz” dedi. “Bunu daha önce hiç yapamamıştık.”
Bakımda devrim yaratıyor
Burdick, bu tür 3D baskılı malzemelerin kalplerdeki kusurları onarmak, doku yenileyici ilaçları doğrudan organlara veya kıkırdağa iletmek, şişkin diskleri dizginlemek ve hatta ameliyathanede iğne ve dikiş kullanmadan insanları dikmek için kullanılabileceği bir gün hayal ediyor.
Laboratuvarı geçici bir patent başvurusunda bulundu ve dokuların bu tür malzemelerin varlığına nasıl tepki verdiğini daha iyi anlamak için yakında daha fazla çalışma başlatmayı planlıyor.
Ancak ekip, yeni yöntemlerinin tıbbın çok ötesinde, araştırma ve üretim alanlarında da etkileri olabileceğini vurguluyor. Örneğin, yöntem, parçaları sertleştirmek ya da iyileştirmek için ek enerji ihtiyacını ortadan kaldırarak 3D baskı sürecini daha çevre dostu hale getiriyor.
Burdick Laboratuvarı’nda araştırmacı ve Pennsylvania Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü’nde doktora adayı olan ilk yazar Abhishek Dhand, “Bu, insanların nihayetinde kendi akademik laboratuvarlarında ve endüstride çok çeşitli uygulamalar için malzemelerin mekanik özelliklerini geliştirmek için kullanabilecekleri basit bir 3D işleme yöntemidir” dedi. “3D baskı için büyük bir sorunu çözüyor.”
Makalenin diğer ortak yazarları arasında Burdick Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olan Hannah Zlotnick ile Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) bilim insanları Thomas Kolibaba ve Jason Killgore yer alıyor.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Hidrojel ile Kalpteki Kusurlar Onarılabilir mi?