Yeni Biyo-Mürekkep, İnsan Organlarının 3 Boyutlu Baskısını Gerçeğe Yaklaştırıyor
Fotoğraf: rECM hibrit hidrojellerin karakterizasyonu. a) a) Aljinat ve fare rECM hidrojellerinin resmi. Ölçek çubukları: 1 mm. b) aljinat‐ floresein–ve ECM‐rodamine-modifiye rECM hidrojel, aljinat ve ECM bileşenlerinin hidrojel içindeki dağılımını gösterir (ayrıca destekleyici bilgilerdeki Video S1’e bakınız). Ölçek çubuğu: 200 µm c) Hidrojellerin SEM görüntüsü. Ölçek çubukları: 50 µm. d) Aljinat hidrojellerde (% 2) ve rECM hidrojellerinde (% 2 aljinat, 5 mg mL-1 ECM) depolama ve kayıp modülü arasındaki gerinim geçişi (%) (grup başına n = 3). e) 0. günde (tohumlama günü) ve 7. günde aljinat-floresein (yeşil) ve ECM solüsyonu-rodamin (kırmızı) modifiye edilmiş rECM hidrojellerinde murin akciğer epitel MLE12 ve endotelyal bEnd3’ün (beyaz renkli hücreler) immünofloresan görüntüleri. Ölçek çubukları: 100 µm f) 7. günde aljinat hidrojellere kıyasla rECM hidrojellerinde epitelyal hücrelerin (MLE12) ve endotelyal (bEnd.3) hücrelerin metabolik aktivitesindeki yüzde artış (grup başına n = 3). g) 5. günde aljinat hidrojellere kıyasla rECM hidrojellerinde EdU + çoğalan kemirgen epitel hücrelerinin (MLE12) yüzde artışı (grup başına n = 3). h) Salınımlı reometri (grup başına n = 3). i) Hücre sedimantasyon konfokal görüntüleri j) 6 saat boyunca DMEM – F12 hücre kültürü ortamı, aljinat, fareden türetilmiş dECM ve rECM solüsyonunda A549 hücrelerinin hesaplanan sedimantasyon katsayısı (δ) (grup başına n = 3). Ölçek çubuğu: 500 µm. k) TAZE baskının termografisi (Destekleyici Bilgilerde Video S2’ye bakın). l) 3D biyo-baskılı rECM içi boş tüp ve dallanma yapısı (Destekleyici Bilgilerdeki Video S3 ve S4’e bakın). Ölçek çubukları: 2 mm. m) Tohumlanmış (in vitro) ve hidrojellerde 3D baskılı A549 hücrelerinin (grup başına n = 3) 7. gününde metabolik aktivite (WST-1 testi). n) Biyo bağlantıların ortalama kayma gerilmesi profilleri. Kaynak: Advanced Materials (2020).
Lund Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hasta hücrelerin yardımıyla ilk kez küçük, insan boyutundaki solunum yollarının 3 boyutlu (3D) biyo-baskısının alınmasına olanak tanıyan yeni bir biyo-mürekkep tasarladılar. 3D baskılı yapılar, biyo-uyumludur ve yeni kan damarının, nakledilen malzeme içinde büyümesine destek olurlar. Bu, 3D baskı organlarına atılan önemli bir ilk adımdır. Bu yeni araştırma Advanced Materials dergisinde yayınlanmıştır.
Kronik akciğer hastalıkları, yıllık 380 milyar Euro’nun üzerinde bir AB maliyetiyle dünya çapındaki ölümlerin üçüncü sebebidir. Çoğu kronik hastalığın bir tedavisi yoktur ve hastalar için son seçenek akciğer naklidir. Fakat, klinik talebi karşılayacak yeterli sayıda akciğer donörü yoktur.
Araştırmacılar, bu sebeple nakil için uygun akciğer miktarını arttırmanın yollarına bakmaktadır. Yaklaşımlarından biri, hücreleri bir biyomühendislik yöntemleriyle birleştirerek laboratuvar ortamında karaciğer üretmektir.
Doçent ve çalışmanın kıdemli yazarı olan Darcy Wagner, “Küçük tüpler üreterek başladık çünkü bu özellik hem solunum yollarında hem de akciğer damar sisteminde bulunur. Yeni biyo-mürekkebimizi, hastaların solunum yollarından izole ettiğimiz kök hücrelerle kullanarak birden fazla hücre katmanına sahip olan ve zaman içinde açık kalan küçük hava yollarının biyo-baskısını almaya uygun hale getirdik,” şeklinde açıklamaktadır.
Araştırmacılar, ilk olarak insan dokusunu 3D biyo-baskısını almak için yeni bir biyo-mürekkep (hücrelerle yazdırılabilir bir malzeme) tasarladılar. Biyo-mürekkep, iki materyalin birleşiminden oluşturulmuştur: deniz yosunu, aljitanattan oluşturulmuş bir materyal ve akciğer dokusundan elde edilmiş hücre dışı matris.
Bu yeni biyo-mürekkep, biyo-baskılı materyali, dokuya doğru gelişiminin birkaç aşamasında desteklemektedir. Daha sonra, insan hava yollarında bulunan iki tip hücre içeren küçük, insan solunum yollarının 3D biyo-baskısını yapmak için biyo-mürekkep kullandılar. Bununla beraber, bu biyo-mürekkep herhangi bir doku ya da organ tipine uyarlanabilir.
Darcy Wagner, “Bu yeni nesil biyo-mürekkepler, aynı zamanda, hava yolu kök hücrelerinin yetişkin insan solunum yollarında bulunan birden çok hücre türüne olgunlaşmasını da destekliyor; bu, daha az hücre türünün basılması gerektiği anlamına geliyor ve birden çok hücre türünden oluşan dokuyu basmak için gereken nozül sayısını basitleştiriyor,” demektedir.
Wagner, merkezden daha uzakta bulunan akciğer dokusu ve gaz değişimi için hayati öneme sahip, alveoller olarak bilinen hava keselerinin 3D biyo-baskısını almak için çözünürlüğün geliştirilmesi gerektiğini belirtmektedir.
“Mevcut 3D yazıcılardaki gelişmelerin ve biyo-mürekkep gelişmelerinin daha ileriye gitmesinin, gelecekte nakil için kullanılabilecek daha büyük dokuları tasarlamak için daha yüksek bir çözünürlükte biyo-baskıya izin vereceğini umuyoruz.” demektedir.
Ekip, organ nakli yapılan hastalarda kullanılan immünosupresyona (Vücudun antijene karşı göstereceği yanıtın önlenmesi amacıyla yapılan bir tedavi yöntemi) çok benzeyen bir fare modeli kullandı. Nakil yapıldığında, yeni biyo-mürekkepten yapılan 3B baskılı yapıların iyi tolere edildiğini ve yeni kan damarlarını desteklediğini buldular.
Çalışmanın ilk yazarı Martina De Santis “Bu yeni biyo-mürekkebin geliştirilmesi ileriye doğru atılmış önemli bir adımdır, ancak zaman içinde küçük hava yollarının işlevselliğini daha da doğrulamak ve bu yaklaşımın büyük hayvan modellerinde fizibilitesini araştırmak önemlidir.” demektedir.
Kaynak: phys.org
