Üç Boyutlu Biyoyazıcılarda Doku İnşasının Üç Adımlı Süreci ve Yaklaşımları

Biyoyazıcıların Tanımı ve Temel İşleyişi

Üç boyutlu (3B) biyoyazıcılar, özellikle Doku Mühendisliği alanında kullanılan biyomalzemelerin doğal dokuları takliterek pek çok sorun için umut videdici çözümler üreten ileri teknolojik biyomedikal cihazlardır. Doğal doku özelliklerini taklit etmek ve doku benzeri yapılar oluşturmak için biyo-mürekkep olarak bilinen malzemeleri biriktirerek katmanlı üretim metodu kullanılır.

Biyoyazıcılar, ilaçların denenmesi amacıyla doku ve organları basmada kullanılabilir. Buna ek olarak doku iskele baskısı da yapılmaya başlanmış; bu iskelelerin eklemleri ve bağ dokuları yenilemek için kullanılabileceği belirtilmiştir.

Üç Adımlı Biyo-Baskı Süreci

Biyo-baskı süreci genelde biyo-baskı öncesi, biyo-baskı ve biyo-baskı sonrası olmak üzere üç adımdan oluşur.

Biyo-baskı öncesi aşaması, yazıcının oluşturacağı modeli oluşturma ve kullanılacak malzemelerin seçilme işlemidir. Bu ilk adımlardan birini organ biyopsisi almak oluşturur. Biyolojik baskı için kullanılan yaygın teknolojiler bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans (MR) görüntülemedir. Katmanlı üretim teknolojisi metodu ile yazdırmak için görüntüler üzerinde tomografik yeniden yapılandırma işlemi yapılır ve ardından 2D görüntüler yazıcıya gönderilir. Görüntü oluşturulduktan sonra belirli hücreler izole edilir ve çoğaltılır. Bu hücreler, onları canlı tutmak için oksijen ve diğer besinleri sağlayan özel sıvılaştırılmış bir malzeme ile karıştırılır.

İkinci adımda, hücre, matris ve besinlerin biyo-mürekkepler olarak bilinen sıvı karışımı bir yazıcı kartuşuna yerleştirilir ve hastaların tıbbi taramaları kullanılarak biriktirilir. 3B biyoyazıcı biyolojik yapıları inşa ederken tipik olarak doku benzeri üç boyutlu yapılar oluşturmak için ardışık katmanlar metodunu kullanarak hücrelerin biyouyumlu bir iskele üzerine dağıtılmasını sağlar. Hücrelerin 3 boyutlu biyo-baskısı için kullanılan yöntemlerden bazıları fotolitografi, manyetik 3 boyutlu biyo-baskı, stereolitografi ve direkt hücre ekstrüzyonudur.

Biyolojik materyalden kararlı bir yapı oluşturmak için biyo-baskı sonrası süreci gereklidir. Bu süreç iyi yapılmazsa, 3B yazdırılan nesnenin mekanik bütünlüğü ve işlevi risk altındadır. Nesneyi korumak için hem mekanik hem de kimyasal uyarılara ihtiyaç vardır ve bu uyarılar dokuların yeniden şekillenmesini ve büyümesini kontrol etmek için hücrelere sinyaller gönderir. Son gelişmelerde biyoreaktör teknolojilerinin dokuların hızlı olgunlaştığını, damarlandığını ve nakillerde hayatta kalabildiği gösterilmiştir. Her biyoreaktör türü farklı doku türleri için idealdir; örneğin kompresyon biyoreaktörleri kıkırdak dokusu için idealdir.

Üç Ana Biyo-Baskı Yaklaşımı

Araştırmacılar, uygun biyolojik ve mekanik özelliklerle inşa edilmiş canlı organlar üretmek için yollar geliştirmişlerdir. 3B biyo-baskı üç ana yaklaşıma dayanmaktadır: Biyomimikri, kendi kendine otonom birleşme ve mini doku yapı taşları.

Biyomimikri yaklaşımının temel amacı, insan vücudundaki doku ve organlarda bulunan doğal yapıya özdeş fabrikasyon yapılar oluşturmaktır. Bu yaklaşım organların ve dokuların şeklinin, yapısının ve mikro ortamının kopyalanmasını gerektirir. Biyo-baskıda biyomimikrinin uygulanması, organların hem aynı hücresel hem de hücre dışı kısımlarının oluşturulmasını içerir. Bu yaklaşımın başarılı olabilmesi için dokuların mikro ölçekte kopyalanması gerekir.

Kendi kendine otonom birleşme yaklaşımı, ilgili dokuları kopyalamak için bir model olarak embriyonik organ gelişiminin fiziksel sürecine dayanır. Bu yaklaşım, dokuların yapı taşlarını, fonksiyonel özelliklerini yönlendiren histogenezin itiş gücü olan hücreye bağlıdır. Gelişen dokulara benzemek için füzyon ve hücre düzenlemesine bağlı kendi kendine birleşen sferoidleri kullanan “iskelesiz” bir model vardır.

Mini doku yaklaşımı, hem biyomimikri hem de kendi kendine birleşme yaklaşımlarının bir kombinasyonudur. Bu yaklaşım küçük parçaları alır ve bunları daha büyük çerçevede üretir.

Yazıcı Türleri ve Uygulamalar

Sıradan mürekkep yazıcılara benzer şekilde biyo yazıcıların da üç ana bileşeni vardır: kullanılan donanım, biyo-mürekkebin türü ve üzerine basıldığı malzeme. Biyo-mürekkep, bir sıvı gibi davranan canlı hücrelerden yapılmış bir malzemedir. Biyolojik baskıda kullanılan üç ana yazıcı türü mürekkep püskürtmeli yazıcı, lazer destekli yazıcı ve ekstrüzyon yazıcılarıdır. Mürekkep püskürtmeli yazıcılar temel olarak hızlı ve büyük boyuttaki ürünler için kullanılır. Lazer kullanan yazıcılar yüksek çözünürlüklü baskı sağlar ancak genellikle pahalıdır. Ekstrüzyon yazıcıları 3B yapılar oluşturmak için hücreleri katman katman yazdırır.

Uygulama alanlarında, trakeobronkomalazi (TBM) olarak bilinen solunum hastalığı olan bir bebeğe 3B baskı ile oluşturulmuş bir trakeal atel nakledilmiştir. Mesane hastalığı olan hastalar, hasarlı organı yeniden yapmak için tasarlanmış mesane dokuları kullanılarak tedavi edilebilir. Bu teknoloji potansiyel olarak kemik, deri, kıkırdak ve kas dokusuna da uygulanabilir. 3B biyo-baskı teknolojisinin uzun vadeli amacı bütün bir organı yeniden inşa etmek olsa da, tamamen işlevsel organların basılmasında çok az başarı sağlanmıştır.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.