Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Doku Mühendistliği

---

İnsanda ilk implantasyon materyallerinin geliştirilmesi,1960’larda gerçekleşmiştir. Bu materyaller, biyolojik olarak “inert” kabul edilirler, yani belirgin doku yanıtı uyarmamaktadırlar. Cronin ve Gerow ‘un ilk kez tanıttıkları silikon jel meme implantları bunlara örnek olarak verilebilir.
İkinci kuşak biyomateryaller, ekstrasellüler matrix ile kimyasal olarak etkileşebilecek şekilde tasarlanmaktadır. Bu materyaller ilk kez 1970’li yıllarda tasarlanmıştır, bunlar içinde cam ve kalsiyum seramiklerinin olduğu kemik replasman materyalleri sayılabilir. Yine biyolojik olarak yıkılan sentetik polimerler, emilebilen sütür materyalleri ve kemik fiksasyon plakları bu grup içindedir. Biyolojik olarak yok edilebilen sentetik materyallerin hücrelerin tutunması ve doku oluşumuna yön vermesi için bir “taşıyıcı iskelet” (SCAFFOLD) rolü oynayabileceği fikri doku mühendisliği alanını başlattı. Günümüzde biyolojik sistemlerde özel moleküler yanıt oluşturabilecek üçüncü kuşak biyomateryallerin geliştirilmesi için yoğun çalışmalar mevcuttur.
Doku mühendisliğinde biyomateryallerin, çok önemli rolü vardır. Doku kalıbını sağlayan çemberler , doku iskeleti, biyoaktif madde dağıtan araçlar gibi implante edilen cihazlar için gereklidirler.
İmplante edilen kalıplar, istenen fonksiyonun özel üç boyutlu şekle bağlı olduğu yapıdaki dokular için kullanışlı olmaktadır. Kalıp, önceden belirlenmiş şekillerde doku oluşumuna rehberlik edebilir, ve kan akımının bulunduğu kaynaktan yeni oluşacak dokuya yönlendirilmesini sağlar ve böylece yeni oluşan dokunun cerrahi aktarımını mümkün kılar. Doku fabrikasyonu için kullanılan alanda katı duvarlı çemberler, biyoaktif materyalleri bünyesinde yoğunlaştırıp lokalize eder.
Biyomateryallerin doku mühendisliğinde diğer önemi ise “taşıyıcı iskelet” olarak kullanılmalarıdır. Yapı iskelesi olarak kullanılacak materyal için istenen temel özellikler arasında biyouyumlu, yok edilebilir, mekanik bütünlüğü ve doku iletimini sağlayabilir olması sayılabilir. Vücutta normalde bulunan ve “framework” görevindeki materyaller, örneğin hyalurinik asit, glikozaminoglikanlar, kollagen, polisakkarit (çitosan), fibrin bu amaçla kullanılabilir ve bunların ince bağırsak mukozası ya da dermisten hazırlanan asellüler karışımları doku mühendisliğinde kullanılabilir.
Doku iskeleti olarak kullanılabilecek semi sentetik maddeler içinde (biyolojik yapıda var olan maddelerin sentetik maddelerle karışımları) veya sentetik maddeler (tamamen doğal olmayan maddeler) olabilir. Sentetik polimerlerin daha esnek tasarımlara olanak sağlayabilmeleri, içerik ve yapıları isteğe göre özel olarak üretilebilmeleri gibi avantajları vardır. Bazı polimerler, biyolojik koşullarda örneğin vücut sıvılarına maruz kalınca veya hücresel yıkım veya enzimatik yıkıma uğrayabilmektedirler. Bunu gidermek için küçük delikler (por’lar) aracılığıyla geçirgenik ve hidrofobik niteliklerin, ko-polimer oranı ve kristallik gibi özellikler eklenerek biyolojik yıkımdan bir miktar korunmaları sağlanmaktadır. Biyoyıkılabilir polimerler, kalsiyum seramikleri ve her ikisinin kombinasyonları delikli materyal özelliğinde üretilip yapı iskelesi olarak kullanılabilir.
Materyaller, yüzey özelliklerini ve kompozisyonu değiştirecek şekilde biyoaktif moleküller ile modifiye edilebilir. Biyolojik ortamda parçalanırken biyoaktif materyaller halinde ortama salınan biçimde de üretilebilirler. Bu amaçla 100 mikrometre çaplı mikropartiküller içerecek şekilde oluşturulabilirler.
Biyomateryaller yüzeyde hücreler ve ekstrasellüler matris ile temas halindedirler. Sentetik ve doğal maddelerin yüzey özellikleri, elektrik, topolojik ve kimyasal olarak değiştirilebilir. Materyalin yüzeyine çeşitli moleküllerin eklenmesi ile adherans ve hareketlerini etkilenebilir. Kalsiyum mineralleri ile kaplama, parçalanabilen polimerlerin kemik dokusu ile daha uyumlu olmasını sağlayabilir. Kollajen lifler gibi doğal olarak var olan bazı maddeler spesifik hücre adhezyonunu sağlayan kenarları taklit etmek amacıyla kullanılabilir. Hücre fonksiyonları, yüzey mühendisliği ile özel büyüme faktörleri salgılayacak şekilde kontrol edilebilir. Yapı teknolojisi içinde mikrotemas printing, laser fotolitografi, mikro sıvı kanalları gibi işlemler , sentetik materyaller üzerine hücre ekimi işleminin topografisini kontrol etmek için uygulanmaktadır.

---