y2.htm

KARACİĞER

Karnın sağ üst kesiminde bulunan karaciğer, en önemli organlardan biri. Diğer birçok organdan farklı olarak karaciğerin sayısız görevi var. Vücudun fabrikası olarak da adlandırılan karaciğer, gıdaların sindirilmesi için gerekli safra ve enzimleri, çeşitli proteinleri, pıhtılaşma için gerekli faktörleri üretiyor. Vitamin ve kolesterol gibi yapıtaşları için adeta bir depo göre vi görüyor. Kanın zararlı maddelerden arındırılması da karaciğerin en önemli görevleri arasında. Karaciğer yalnızca hücre kümelerinden oluşmuyor. İçerisinde çok karmaşık bir damar ve kanal ağı var. Karaciğer hücreleri de, bu damar ve kanal sistemiyle yakın komşulukta bulunuyor. Karaciğer, bu karmaşık yapısı nedeniyle yapay olarak oluşturulması en zor olan organlardan biri.

Karaciğer yetmezliğine yol açan etkenlerin başında alkole bağlı siroz, hepatit (sarılık) ve aşırı dozda kullanılan ilaçlar geliyor. Karaciğer yetmezliği

Tüm damar yapılarını da içeren üç boyutlu kalın bir karaciğer oluşturma fikri 5-6 yıl öncesine kadar yalnızca bir hayal olarak kabul ediliyordu. Dr. Vacanti'nin 1997 yılında bir farenin sırtında insan kulağı geliştirdiği günden beri, üç boyutlu ve damarlı yapay karaciğer fikri hayal olmaktan çıktı. Harvard Üniversitesi'ndeki bilim

adamları orijinal karaciğer benzeri bir model oluşturdular. Yapay karaciğer yaratmada en önemli basamak, karmaşık damar yapısını oluşturmak. Bu nedenle ilk olarak, vücuttan çıkartılmış bir karaciğerin damarlarının içine, özel bir sıvı plastik materyal enjekte ediliyor. Bu sıvı kısa süre içinde katılaşarak damarların şeklini alıyor. Daha sonra karaciğer dokusu özel sıvılarla eritilerek yok ediliyor. Geriye yalnızca katılaşmış ve damar şeklini almış olan madde kalıyor. Kurumuş ağaç dallarına benzeyen bu yapı, karaciğerin damar yapısını temsil ediyor. Bu yapının görüntüleri bilgisayara aktarılarak üç boyutlu görüntüler elde ediliyor. Bu görüntüler yardımıyla silikon kalıplar hazırlanıyor. Silikon kalıpların içine polilaktik glikolik asit (PLGA) yapısındaki bir madde dökülüyor. Böylece karaciğer

geliştikçe vücutta kanamalar, karında şişlik ve koma görülebiliyor. İlerlemiş organ yetmezliklerinde halen tek tedavi seçeneği, organın değiştirilmesi. ABD'de yaklaşık 10 milyon insanda çeşitli derecelerde karaciğer hastalığı mevcut. Yine bu ülkede 12 bin kişi karaciğer nakli için sırada. Bu kişilerin yalnızca üçte birine uygun karaciğer bulunabiliyor ve her yıl %20'si nakil sırasında beklerken ölüyor. Bu rakamlar gelişmekte olan ülkelerde çok daha korkutucu boyutta. Organ bağışının çok az olduğu ülkelerde, karaciğer hastalıklarına bağlı ölümler oldukça fazla. Son 4-5 yıl içinde geliştirilen yapay karaciğer cihazları, organ sırasında bekleyen hastalara karaciğer bulunana kadar zaman kazandırıyor.

Yeni geliştirilen yapay karaciğer cihazları,
insan karaciğer hücrelerini kullanıyor. İlk ola-
rak hastanın kanındaki hücreler ayrılarak "plaz-
ma" denen sıvı elde ediliyor. Daha sonra plaz-
ma, içi karaciğer hücreleriyle dolu bir kartu-
şa aktarılıyor. Kartuşun içinde sınırsız yaşa-
ma yeteneği olan milyonlarca karaciğer hüc-
resi bulunuyor. Bu hücreler normal bir kara-
ciğer hücresinin neredeyse tüm görevlerini
yapabiliyorlar. Kartuşun içine dolan plazma,
bu hücreler sayesinde zararlı maddelerden
arındırılıyor. Kartuştan süzülen temiz plazma
tekrar hastaya geri veriliyor. İnsan hücrele-
rinden yararlanan cihazlar, yaklaşık on gün
süreyle kesintisiz olarak kullanılabiliyor. Ya-
pay karaciğer cihazları son yıllarda daha da
geliştirildi. Heksagonal mikrokanallar üzerine
yerleştirilen karaciğer hücreleri, yapay kara-
ciğer görevini görebiliyor. Hastanın kanı, bu

damarlarının organik bir iskeleti oluşturuluyor. Bu iskeleti oluşturduktan sonraki aşamaysa hücrelerin oluşturulması. Damar iskeleti çevresine yerleştirilen karaciğer hücreleri, belirli büyüme faktörleri yardımıyla çoğalarak organın kalın etli kısmını oluşturuyorlar. Bir sonraki aşamaysa damarın oluşturulması. Bunun için süngerimsi yapıda olan PLGA içine damar hücreleri enjekte ediliyor. İskelet, hücrelerin çoğalması için gerekli büyüme faktörlerini ve besin maddelerini içeriyor. Damar hücreleri iskelet boyunca ilerleyerek karaciğer hücrelerine yapışıyor. Burada çoğalan damar hücreleri, iskelet çevresinde birleşerek tam bir damar yapısı oluşturuyorlar. PLGA iskelet birkaç ay içinde kendiliğinden eriyerek geride karaciğer hücreleri ve içinde damarları olan yapay bir organ bırakıyor. Bu şekilde oluşturulan yapay karaciğer hayvanlarda denendi. Oldukça iyi kan akımının sağlandığı bu organlarda dışarı kan sızıntısı da gözlenmedi.

Tabii bu teknolojiyi ideal şekle getirmek çok kolay değil. Karaciğer içinde değişik görevleri olan milyonlarca hücre var. Yalnızca bir gram karaciğer dokusunda yaklaşık 100 milyon karaciğer hücresi bulunuyor. Hücrelerin gerekli noktalara yerleştirilmesi ve buradaki konumlarını korumalarının sağlanması oldukça güç. Yapay karaciğer oluşturulmasında karşılaşılan diğer bir güçlükse, organın mikroplardan arındırılması. Yapay organların içine hiçbir mikrobun girmemesi gerekiyor. Bu nedenle, çalışmalarda kullanılan tüm cihaz ve aletlerin steril, yani mikroptan arındırılmış olmaları çok önemli.

kanallar içinden geçerken karaciğer hücreleri tarafından zararlı maddelerden temizleniyor. Ancak kan bu kanallardan geçerken içindeki oksijeni de

kaybedebiliyor. Bu nedenle kanalları kısa tutmak gerekiyor. Kanalların kısa olması da yeterince zararlı maddelerden temizlenmesini engelleyebiliyor. Bu tür cihazlar her ne kadar gelişti-rilmişse de, bir karaciğerin görevini tam olarak gerçekleştiremiyorlar. Bu nedenle üç boyutlu yapay karaciğer oluşturma çalışmaları hızla devem ediyor.

Yapay karaciğer oluşturmak, teknik açıdan oldukça güç. Poliüretan köpük iskelet kullanan bilim adamları yapay karaciğer oluşturabiliyorlar. Köpük içine yerleştirilen karaciğer hücreleri, mikrokümeler oluşturuyor. Elde edilen üç boyutlu yapay karaciğer vücut dışında 10 gün süreyle işlev görüyor. Karaciğer yetmezliği olan domuz ve farelere yerleştirilen bu yapay karaciğerler oldukça iyi sonuçlar verdi. Bilim adamları, deney aşamasındaki köpük karaciğerleri daha da geliştirerek, insanlarda kullanımı için çalışıyorlar.

Nisan 2004 9 BİLİM ve TEKNİK

KALP

Kalp, en önemli organlardan biri. Koroner damarların tıkanmasına bağlı kalp kaslarının ölmesi, ve bunun sonucunda meydana gelen kalp krizi, dünyadaki en sık ölüm nedeni olarak gösteriliyor. Kalp hücreleri kendini yenileme yeteneğine sahip değil. Bu nedenle herhangi bir nedene bağlı olarak hücreler ölür ya da görev yapamazsa, yani hücreler kasılma yeteneğini kaybederlerse, kalp yetmezliği gelişiyor. Kalp yetmezliğinde vücuttaki kan yeterince pompalanamıyor ve organlar kansız kalıyor. Buna bağlı olarak da diğer organlarda yetmezlikler başlıyor. Milyonlarca insan kalp yetmezliğinin pençesinde ve nakil için uygun bir kalp bekliyor. Bu insanların fazla zamanı yok. Kanı pompalama

ler. Yaklaşık dört günde, kap içindeki hücreler çoğalarak birbiriyle kenetlendiler. Orijinal kalp dokusundaki gibi birbirine yapışan hücreler dakikada 100 kez kasılan kalın bir hücre kümesi oluşturdu. Vücut dışında elde edilen bu yapay kalp dokusu, mikroskobik olarak üç boyutlu kalbin benzeri.

yeteneği olan yapay kalp cihazları nakil yapılana kadar geçen sürede hastalara zaman kazandırıyor. Ancak bu cihazların vücutta taşınması çok kolay değil. Enerjiyi aldıkları piller vücut dışında bulunuyor. Hastaların mutlaka yedek pillerle dolaşmaları gerekiyor. Yapay kalp cihazları yabancı cisim oldukları için, kan bunun içinden geçerken pıhtılaşabiliyor. Bunu engellemek için sürekli kanı sulandıran ilaçların alınması gerekiyor.

Son yıllarda kalp yetmezliğinin tedavisinde cihazlar yerine kalp kası hücrelerinin kullanılması gündeme geldi. Kemik ili

tedavi sürecini beklemek için zamanları olmuyor. Hücre ya da doku nakli sonrasında bu hücrelerin hedef bölgeye giderek burada çoğalmaları ve hasarlı hücrelerin yerini almaları uzun bir süreç gerektirebilir. Sonuçların alınması için belirli süre gerektiren bu ve benzeri tedavilerin, kalbin tamamının hasarlı olduğu durumlarda kullanılmaları pratikte mümkün olmayabilir. Böyle durumlarda organın tamamının en kısa sürede değiştirilmesi gerekir. Organ kaynaklarının son derece yetersiz olduğu günümüzde yapay olarak üretilecek organlar, en önemli umut kaynağı. Bilim adamları, yeni doğmuş farelerden alınan kalp hücrelerini kullanarak üç

ğinden alınan hücreler ya da embriyodaki kök hücreler kullanılarak kalp kası hücresi (kardiyomiyosit) oluştu-rulabiliyor. Kök hücreler birçok hücreye dönüşme yeteneğine sahip. İnsanın oluşumu aşamasındaki ilk hücreler olan embriyonel kök hücreler, kültürlerde çoğaltılarak özel büyüme faktörleri sayesinde kalp hücrelerine dönüştürülüyorlar. Bu hücreler farklı genetik yapıya sahip oldukları kişiye nakledildiklerinde bağışıklık sistemini harekete geçirebiliyor. Yapılan çalışmalar, kemik iliğinden alınan bazı hücrelerin de özel koşullarda kalp hücresine dönüşebileceğini gösterdi. Kişinin kendi kemik iliğinden alınacak olan hücrelerin genetik yapısı kalbindeki hücrelerle aynı olduğu için, bunların tedavi amaçlı kullanımı bağışıklık sistemi açısından sakınca yaratmıyor. Kemik iliği hücreleri özel kültürlerde kalp hücresine dönüşüyor. Bu hücreler belirli sayıya ulaştıktan sonra tekrar hastaya geri veriliyor. Bu hücreler dolaşım yoluyla kalbe giderek hasarlı bölgeye yerleşiyorlar. Hasarlı kalp hücreleri arasında yerini alan sağlıklı kalp hücreleri burada normal işlevlerini yerine getiriyor. Bu sayede kalp yetmezliği önlenebiliyor. Bu tür tedaviler henüz deneme aşamasında olmalarına karşın bilimadamları daha da ileri giderek kalp dokusunu vücut dışında oluşturmayı başardılar. Bir günlük yavru farelerin kalp hücrelerini alan bilimadamları bu hücreleri kollagen ve serum içeren bir ortama yerleştirdi

boyutlu kalp dokusu oluşturmayı başardılar. Fare kalp hücrelerinin, kollagen bir iskelet çevresinde toplanarak üremeleri sağlandı. Büyüme faktörleri sayesinde çoğaltılan hücreler kısa bir sürede birleşerek kollagen iskelet etrafında kenetlendi. Çoğalarak üç boyutlu şekil alan kalp hücreleri kasılma işlevini de yerine getiriyor.

Yapay kalp dokusu elde etme çalışmaları şimdi daha da ileri noktalara götürülüyor. Artık hedef kalp hücresi ya da kalp dokusu oluşturmak değil, üç boyutlu organ, yani yapay kalp yaratmak. Birçok kalp hastalığında, kişilerin uzun bir

NEFES
BORUSU

Nefes borusu, ya da diğer adıyla "trakea" en önemli organlardan biri. Havanın akciğerlere ulaşmasını sağlayan nefes borusu sert bir kıkırdak yapıdan oluşuyor. Nefes borusunu kaplayan tümörlerde bu borunun çıkartılması gerekebiliyor. Ceride kalan boşluğun doldurufmasıysa çok önemli. Son yıllarda geliştirilen yapay nefes borusu hayvanlarda başarıyla uygulanıyor. İlk olarak "polipropilen" yapısında sentetik bir iskelet oluşturuluyor. Bu iskeletin çevresine doku kültürlerinde üretilen kıkırdak hücreleri yerleştiriliyor. Hücreleri bir arada tutmak için üzerleri ka-

lın bir yapay bağ dokusu tabakasıyla kaplanıyor. Bu tabaka kollagen liflerinden oluşuyor. Bu şekilde hazırlanan 4 santimetre uzunluğundaki yapay nefes borusu, hayvanlara başarıyla uygulandı. Bir ay içinde yapay borunun içi, normal hava yollarında bulunan ve üzeri tüylü "epitel" hücreleriyle kaplandı. Bütün olarak ters "Y" biçimindeki nefes borusunun yapay boruyla değiştiren bilim adamları, oldukça iyi sonuçlar aldıklarını belirtiyorlar. Bu sayede, en önemlisi kanser olmak üzere, nefes borusunu etkileyen hastalıkların verdiği hasar kolaylıkla onarılabilecek.

BİLlM ve TEKNİK 10 Nisan 2004

DERİ

mesini engelliyor. Yapay deri buz üzerinde saklanıyor ve en kısa sürede kullanılması gerekiyor. Halen FDA tarafından onaylanmış olan ve piyasada bulunan yapay deriler, genellikle hasarlı bölge üzerinde ince bir tabaka oluşturuyor. Bu tabakanın temel görevi, kişinin deri hücreleri kendisini yenileyene kadar geçici süreyle iskelet oluşturmak. Hücrelerin çoğalması için gerekli maddeleri de içeren iskelet, damar ve hücrelerin kendilerini yenilemesi için ortam hazırlıyor. Yapay deri nakledildikten kısa bir süre sonra deri hücreleri ve damarlar çoğalarak iskeletin tamamını doldurup, yara üzerinde ince bir hücre tabakası oluşturuyorlar. Tüm tabakaları içeren ve orijinal dokuya benzer yapay deri üretmek için çalışmalar yoğun olarak devam ediyor. Haziran 2000'de onay alarak piyasaya çıkan bir diğer yapay deriyse, polimer bir iskelet üzerine yerleştirilmiş hücrelerden oluşuyor. Yeni geliştirilen bu yapay deri insan derisine oldukça benziyor. Yapay deri, orijinali gibi iki tabakadan oluşuyor ve canlı hücrelerle birlikte yapısal proteinleri de içeriyor. Yapay derinin üst tabakasında "keratinosit" denen hücreler bulunuyor. Bu hücreler insana nakledildikten sonra çoğalarak sağlıklı deri hücrelerini oluşturuyor. Derinin alt taba-kasındaysa kollagen ve canlı hücreler bulunuyor. Yapay deri, insan vücuduna nakledildikten bir süre sonra, normal deri yapısını alıyor. Orijinaline oldukça benzeyen yapay deri şeker hastalığına bağlı oluşan yaraların kapatılması için kullanılıyor. Bu deriler yanıkların ya da damar hastalıklarına bağlı cilt yaralarının kapatılmasında da kullanılabiliyor. Gerek işlevsel açıdan, gerekse yapısal olarak insan derisine benzeyen yapay derilerin üretilmesi, özellikle yanıklardan sonra sıvı kaybına bağlı ölümleri azaltarak insan hayatını uzatması açısından büyük önem taşıyor. Doku mühendisliğindeki gelişmelere paralel olarak yapay deri üretiminde de her geçen gün ilerlemeler kaydediliyor. Çok yakında istenilen boyut ve renkte deriler üretilerek tüm hasarlı deri bölgeleri kapatılabilecek.

reddediliyor. Sentetik mater-yallerse yabancı cisim olarak kabul edilerek şiddetli bir doku reaksiyonuna yol açıyor.

Yani vücut yabancı maddeyi atmak için savaş başlatıyor. Bütün bu nedenlerden dolayı, vücudun rahatlıkla kabul edeceği ve her an temin edilebilecek deri parçalarına ihtiyaç duyuluyor.

Geliştirilen yeni yöntemlerle artık hasarlı derinin onarımı mümkün. Oluşturulan yeni yapay deri "fibroblast" denen hücreleri içeriyor. Bu hücreler, deri hücrelerini oluşturan kök hücreler gibi görev yapıyor. Tabii bu hücreler serbest halde bulunmuyor. Bunları bir arada tutan bir iskelet üzerine yerleştiriliyor. Hücre iskeleti üzerine yerleştirilen ve çoğalma yeteneği olan yapay deri, yalnızca insan hücrelerinden üretiliyor. Derin yanıklarda hücre tabakasının altına başka bir tabaka daha yerleştirilebiliyor. Bu tabaka, deri hücrelerini ve dokuları bir arada tutan "kollagen" adlı proteini içeren liflerden oluşuyor. FDA tarafından 1997 yılında onaylanarak piyasaya sürülen bir yapay deri ürünü, derinin hem "epider-mis" denen üst kısmını hem de "dermiş" denen alt tabakasını birlikte içeriyor. Bu yapay deri, kollagen iskelet üzerinde yer alan hücrelerden oluşuyor.

Yapay derilerin, üçüncü derece yanıklardan sonra en kısa sürede hasarlı bölgeye nakledilmeleri gerekiyor. Nakledildikten sonra, buradaki sinir uçlarını kaplayarak ağrıyı azaltıyor. Buna ek olarak da hasarlı bölgeden vücudun sıvı kaybet-

Deri hücrelerinin ölmesine yol açan deri kanseri gibi hastalıklar ya da mekanik etkiler, geniş deri alanlarının kaybına yol açabiliyor. Şeker hastalığına bağlı olarak deride yaralar görülebiliyor. Vücudunun bir kısmını felç nedeniyle hareket ettiremeyen kişilerin bazı bölgelerinde basınca bağlı derin yaralar oluşabiliyor. Bütün bunlardan daha sık karşımıza çıkan hasarsa, derinin yanarak yok olması. Birinci derece yanık, oldukça hafif bir deri hasarına yol açıyor. Bunun en sık karşılaşılan örneği, güneş yanığı. Güneşe gereğinden fazla maruz kalınca deride kızarıklık ve hafif şişme görülebiliyor; genellikle deri hücrelerinin kaybı olmuyor. İkinci derece yanıklardaysa yü'ze-yel deri hücreleri ölüyor ve ciltte kabarcıklar oluşuyor. En şiddetli doku hasarına yol açanıysa, üçüncü derece yanıklar. Bu yanıklarda deri hücrelerinin tümü yanıyor, hatta kemiğe kadar kömürleşme görülebiliyor. Derinin tüm tabakalarının kaybına yol açan bu tür yanıklar eğer geniş bir alanı kaplıyorsa, bu bölgenin başka yerden alınan deriyle kapatılması gerekiyor. Deri kaybı, vücudun diğer taraflarından alınan deri parçalarıyla telafi edilebiliyor. Doku hasarının çok geniş olduğu ve vücuttan alınan deriler yeterli olmadığı durumlardaysa, açık alanları kapatmak için dışarıdan getirilecek dokuya ihtiyaç oluyor. Kadavralardan alınan deri parçaları, bağışıklık sisteminin reaksiyonuna bağlı olarak birkaç hafta içinde

İDRAR KESESİ

İdrar kesesi, yani mesanenin en önemli görevi, idrarı depolamak. Bu organın tam olarak idrarı biriktiremediği durumlarda kişi idrarını tutamıyor ve sürekli altına kaçırıyor. Her ne kadar hayati bir organ olmasa da, idrar kesesi olmasaydı, hayat son derece çekilmez olurdu. Kanser nedeniyle idrar kesesinin çıkartılması gerektiği zaman, idrar ya doğrudan ciltten çıkıyor ya da bağırsak kullanılarak oluşturulan yapay kese içine doluyor. İdrarın cilde ağızlaştırılması, yaşam kalitesini azalttığı gibi, sıklıkla da idrar yolları enfeksiyonuna yol açıyor. Bu tür ameliyatlardan sonra uzun dönemde böbrekler zarar görebiliyor. Bağırsaktan yapılan idrar kesesinin de birçok sakıncası var. Bu keseler kasılma özelliğine sahip değil. Bağırsak kese içinde biriken idrarın, ara-

lıklı olarak sondayla boşaltılması gerekiyor. Buna ek olarak bağırsağın kendi salgıları, idrar yolu enfeksiyonu için zemin hazırlıyor.

Bilim adamları uzun süredir değişik çözümler arayışında. Son 3-4 yıl içinde yapay mesane oluşturma çalışmaları olumlu sonuçlar verdi. İdrarı uygun şekilde depolayan ve istenildiğinde boşal-tabilen yapay mesane, deneysel koşullarda oluşturuluyor. Köpeklerin idrar kesesinden alınan bir parça doku örneği, laboratuvar koşullarında büyütülerek üç boyutlu mesane elde ediliyor. Bunun için ilk önce, idrar kesesinden alınan parçadaki değişik hücre türleri ayrıştırılıyor. İdrar kesesi esas olarak kas hücreleri ve iç yüzeyini kaplayan "mukoza" hücrelerinden oluşuyor. Bu hücreler kültür ortamında dört hafta süreyle çoğaltı-

lıyorlar. Belirli bir sayıya gelen hücreler, önceden hazırlanmış olan polimer yapısında ve küre şeklindeki iskelet üzerine yerleştiriliyor. Kas hücreleri kürenin dışına, mukoza hücreleriyse iç yüzeye konuluyor. Bu işlemi takiben belirli bir süre bekleniyor. Sürenin sonunda hücreler birleşerek belirli bir kalınlıkta hücre tabakası oluşturuyorlar. Sonuçta oluşan yapı, gerçek idrar kesesine çok benzeyen üç boyutlu bir şekil alıyor. İdrar keseleri alınan köpeklere nakledilen bu keseler, orijinali gibi işlev görüyorlar. Bu şekilde yapay idrar kesesi nakledilen köpekler idrar biriktirip normal olarak idrar yapabiliyorlar. İlk olarak 1999 yılında üretilerek köpeklerde denenen yapay idrar kesesinin insanlarda denenmesi için en az 6-7 yıl daha geçmesi gerekecek.

Nisan 2004 11 BİLİMveTEKNİK

Nisan 2004 11 BİLİM ve TEKNİK

KIKIRDAK

Yaş ilerledikçe eklemlerde ağrılar, yürümede zorluk başlıyor; merdiven çıkmak, oturduğu yerden kalkmak, kişi için bir işkence haline geliyor. Bunun en önemli nedeni, eklemler arasında bulunan kıkırdak dokusunun zamanla erimesi. Kıkırdak dokusu genellikle büyük eklemlerde kemikler arasında yer alarak yumuşak ve kaygan bir yüzey oluşturuyor. Bu yüzey sayesinde hareket etmemiz mümkün oluyor. Kıkırdak yüzeyi aşındıkça, eklem aralığı pü'rtüklü bir yüzey haline geliyor ve her harekette sürtünmeye bağlı ağrılar oluşuyor. Kıkırdak dokusu yalnızca eklemlerde yer almıyor, -ü

fibrin ve trombin denen yapıtaşlarını da içeriyor. Hidrojeller, dokuların şeklini alabilecek elastikiyete sahip. Vücut dışında üretilen üç boyutlu kıkırdak dokuları yerine hidrojel içine yerleştirilen hücreler, vücudun istenildiğinde bölgelerine enjekte ediliyor. Üç boyutlu katı yapay kıkırdak dokusunu eklemlere yerleştirmenin teknik zorlukları, hidrojeller için sözkonusu değil. Hidrojeller enjekte edildikleri eklemin şeklini alıyorlar. Bir süre sonra hücreler çoğalarak yapay bir kıkırdak dokusu oluşturuyorlar. Hücreleri bir arada tutan hidrojelse bir süre sonra yı

kıma uğrayarak kayboluyor. Geri kalan kıkırdak hücreleri arasında oluşan kollagen lifleri yapay doku için gerekli desteği sağlıyor. Kıkırdaklar, vücudun en fazla basınca maruz kalan bölgeleri. Yapay kıkırdakların vücuttaki dayanıklılığını artırmak için jellerin kollagen ve GAG ile desteklenmesine çalışılıyor.

Vücutta çok önemli görevleri olan kıkırdak dokusunun yapay olarak üretilmesi, doku mühen-disliğindeki büyük aşamalardan biri. Yaşla bozulmaya uğrayan kıkırdaklarımızın değiştirilmesi, adeta eskiyen arabanın tekerlek ve amortisörlerinin değiştirilmesi gibi çok daha kolay ve düzgün hareket edebilmemizi sağlayacak. Yeni geliştirilen yapay kıkırdakların kemiğe yakın kısmındaki hücrelerin, kayganlaştırıcı bir salgı ürettikleri gösterildi. Yani yapay kıkırdak kendi motor yağını da üretebiliyor. Önümüzdeki 10 yıl içinde, belki de 80-90 yaşlarında bir insan, yapay kıkırdaklar sayesinde merdivenleri hiç ağrı çekmeden ikişer ikişer çıkabilecek.

Burun ve kulak gibi organlara şeklini veren de kıkırdak. ABD'de ilk onaylanan yapay kıkırdak, bir diz ekleminden alınan hasarlı kıkırdak dokusundaki hücrelerden üretildi. "Kondrosit" denen hücreler deneysel koşullarda üretilerek yapay kıkırdak elde edildi. Kıkırdak dokusunun diğer dokulardan en önemli farkı, içinde kan damarlarının olmaması. Kıkırdak, damarlardan gelen kanla değil, yüzeyinden içine sızan sıvılarla besleniyor. Kanın süzülmüş hali olan bu sıvı, kıkırdak hücreleri arasına sızarak onlara oksijen ve besinleri ulaştırıyor. Kıkırdak dokusu çok kalın bir tabaka oluşturmadığı için bu şekilde beslenmesi yeterli. Kan damarları olmadığı için yapay kıkırdak oluşturmak, karaciğer ya da kalp gibi organları oluşturmaya göre daha kolay.

Günümüzde yapay kıkırdak oluşturmak için değişik yöntemler kullanılıyor. Bunların ilki, kıkırdak hücrelerinin kültür ortamında üretilerek daha önceden hazırlanmış üç boyutlu iskeletlere yerleştirilmesi yöntemi. Kendiliğinden eriyebilme özelliğine sahip olan iskeletler üzerine yerleştin-

len kıkırdak hücreleri çoğalarak, istenilen şekilde üç boyutlu bir yapı haline geliyorlar. Oluşturulan bu yapay kıkırdak dokusu istenilen bölgeye nak-ledilebiliyor. Diğer bir yöntemse, süngerimsi bir yapının içindeki gözeneklerde kıkırdak hücrelerini çoğaltmak. Süngerimsi yapılar kollagen ve GAG (glükozaminoglikan) içeriyor. Bunlar hücrelerin büyümesi ve doku iyileşmesini hızlandırıcı maddeler. Hücrelerin barınması ve çoğalması için gerekli ortamı sağlayan süngerimsi yapılar, bir süre sonra kendiliğinde eriyerek kayboluyorlar. Geriye kıkırdak hücreleri ve bunları destekleyen ara dokular kalıyor.

Yapay kıkırdak oluşturulmasında son yıllarda katı iskeletler yerine jel kıvamında oluşumlar kullanılıyor. Bilim adamları, kıkırdak hücrelerinin çoğalmaları ve büyümeleri için üç boyutlu katı iskeletlerin gerekli olmadığını belirtiyorlar. Kıkırdak hücreleri, "hidrojel" denen özel bir jel içinde de yetiştirilebiliyor. Hidrojeller büyük oranda su, ayrıca hücreleri bir arada tutmaya yarayan

KEMİK

Bazı kemik hastalıkları, tümörler ya da kötü kırıklar büyük kemik hasarlarına yol açabiliyor. Kemik kaybı olan kısımların onarılması oldukça zor. Her ne kadar kemik dokusu kendisini yenileme yeteneğine sahip olsa da, oluşan büyük boşlukları dolduramıyor. Örneğin tümör nedeniyle çıkartılan 10 santimetrelik kemiğin yeniden oluşarak burayı doldurması mümkün olmuyor. İyi bir kemik iyileşmesi için, kemik uçlarının yakınlaştırılması ve karşılıklı getirilmesi gerekiyor. Çeşitli cerrahi tekniklerle kemik boyu uzatılarak boşluklar doldurulsa da, bu her hastada

gerçek kemik dokusuna oldukça yakın bir yapay kemik dokusu oluşturmayı başardılar. Bu teknikte ilk olarak, kemiğin iç ve dış yapısı kompüteri-ze tomografi (CT) ya da magnetik rezonans (MRI) tetkikleri yardımıyla görüntüleniyor. Oluşan bu görüntüler daha sonra bilgisayara aktarılıyor. Kemik, dış yüzeyi oldukça pürüzsüz ve içi dolu gibi görünse de, ortası boş ve gövde kısmı iyi organize olmuş ince tabakalardan, yani lamellerden oluşuyor. Bu yapı, en ince hatlarına kadar bilgisayara yüklendikten sonra üç boyutlu poli-

mer iskelet oluşturuluyor. Belirli bir zaman sonunda kendiliğinden erime özelliğine sahip bu iskelet, oldukça sağlam yapıda. Vücuda yerleştirildikten bir süre sonra kemik hücreleriyle doluyor. Vücut kendi kemik dokusunu oluşturdukça bu iskelet kayboluyor.

Son yıllarda yapay kemik çalışmaları daha da
ileri giderek yalnızca şekil olarak değil, yapısal
olarak da orijinaline çok yakın yapay kemik oluş-
turmayı başardı. İnsan vücudundaki hücreleri ve
dokuları bir arada tutan, bir bakıma tutkal göre-
vini gören "kollagen", yapay kemik iske-
leti oluşturmakta da kullanılıyor. Bilgisa-
yar yardımıyla üç boyutlu ve kemik şeklin-
de kollagen iskelet oluşturulduktan sonra,
içine kalsiyum fosfat kristalleri yerleştirili-
yor. Bu kristaller iskelete kemik sertliğini
veriyor. Vücuda nakledildiğinde, kemik
hücreleri bu yapının içine doluşarak çoğal-
maya başlıyorlar. Kısa bir sürede iskeletin
içi orijinal kemik dokusuyla doluyor. Böy-
lece nakledilen yapay kemik, hastanın
kendi kemik dokusuyla kaynıyor.

mümkün olamıyor ya da uzun süre alıyor. Kadavralardan alınan kemiklerin nakliyse, bağışıklık sistemi engeliyle karşılaşıyor. Seramik ya da metal malzemeden yapılan kemikler de, uzun dönemde yabancı cisim etkisi nedeniyle reaksiyona yol açıyor. Buna ek olarak, yabancı maddelerin yol açtığı önemli sorunlardan biri de enfeksiyon.

Geliştirilen yapay kemikler sayesinde kemik kaybına yol açan kırıklar ya da hastalıklar tedavi edilebilecek. Bilim adamları

BİLİM veTEKNİK 12 Nisan 2004

KAS

KORNEA

İdrar kaçırma, kişileri büyük sı-

sılma yeteneğine sahip oldukla-

kıntıya düşüren rahatsızlıklardan biri. İdrar kaçırmanın birçok nedeni var. İleri yaşta ve çok çocuk doğuran bayanlarda ya da sinir sistemini etkileyen bazı hastalıklarda görülen idrar kaçırma, genellikle dış idrar yolunda bulunan ve kapak görevi gören kasın zayıflamasına bağlı olarak ortaya çıkıyor. Bu tür hastalarda, ayağa kalkın- ca, yürü- yünce, öksürün- ce ya da gülünce idrar aniden kaçıyor. Bazı durumlarda yatarken bile idrarı biriktirmek mum- kün olmayabiliyor. Çeşitli ilaçlar, vücuda yerleştirilen elektrodlar ya da yapay kapak görevi gören cihazlar, tedavi amaçlı kullanılsa da hiçbiri sağlıklı kasların yerini alamıyor. Doku mühendisleri, laboratuvar koşullarında kas hücreleri üreterek idrar kaçırma sorununa çözüm getirme yolunda önemli bir adım attılar. Kas hücrelerini üretmek için kök hücreler kullanılıyor. Bunun için uygun ortam sağlanarak, kök hücrelerin kas hücrelerine dönüşmeleri sağlanıyor. Bir süre için kültür ortamında bekletile

rım gösteriyor. Hücreler, enjekte edildikleri bölgedeki hasarlı kas hücrelerinin yerini aldıkları için buradaki kası daha da güçlendiriyorlar. Bu sayede kaslar, idrarı tutmak için kapak görevini daha iyi yapıyorlar.

İdrar kaçırma sorununa bir başka çözümse, kişi-

nin kendi hüc relerinin kül-tür ortamında çoğaltılması. Çoğaltılan hücreler özel bir sentetik jelle karıştırılarak kişiye yeniden enjekte edi-liyor. Bu karışımın enjekte edildiği yerse, mesane boynu denen, idrar kesesinin çıkış kısmı. Hücreleri barındıran jel vücutta erimeye uğradıktan sonra, hücreler çoğalarak mesane çıkışını sıkılaştırı-yor. Doku mühendisliğinin bu konudaki son gelişmelerinden bir diğeriyse, yapay idrar kanalı, yani üretra oluşturmak. Kolla-gen bir matriks üzerine yerleştirilen kas hücreleri, doğal bir üretra görevi görebiliyor. Yapay üretra,

Gözün en dış tabakası olan kornea herhangi bir nedenle hasara uğrayınca görüş kapasitesi önemli ölçüde azalıyor. Bazı durumlarda hasar kalıcı olup körlüğe kadar ilerliyor. Bu durumlarda tek seçenek hasarlı korneayı yeni bir kornea ile değiştirmek oluyor. Kalıcı ve ileri dereceli kornea hasarlarında halen en sık kullanılan tedavi yöntemlerinden biri, kornea nakli. Teknik olarak çok fazla zorluğu olmayan bu yöntemde, kornea, kadavralardan temin ediliyor. Kornea, kıkırdak dokusu gibi "difüzyon" yoluyla, yani besinlerin ve oksijenin hücreler arasına sızmasıyla yaşamını devam ettiriyor. Kan damarlarının olmaması, korneayı bağışıklık sistemi açısından avantajlı hale getirmesine karşın doku reddini tam olarak ortadan kaldırmıyor. Kornea hücreleri vücut tarafından yabancı olarak kabul edilip reddedilebiliyor. Bunu engellemek için kornea nakli yapılan hastaların, sürekli olarak bağışıklık sistemini baskılayan ilaçlar kullanmaları gerekiyor. Kornea naklinin bu ve benzer dezavantajları yapay kornea fikrini gündeme getirdi. Bilim adamları, büyü'k oranda su içeren ve polimer yapısında olan jeller geliştirdiler. "Hidrojel" denen bu yapay kornealar, esneme yeteneğine sahip, elastik yapılar. Hidrojel yapay kornealar, nakil için risk taşıyan ya da ilaç kullanılması istenmeyen hastalarda tercih ediliyor. Yapay korneayı yerleştirmek için hastanın kendi korneasının bir kısmı kesiliyor; kesilen yerde oluşan boşluğa hidrojel kornea naklediliyor. Bu kornealar sayesinde, yasal olarak tam kör kabul edilen kişilerin görmelerinde önemli ilerleme kaydediliyor. Yapay kornealar halen normal görüş sağla-masalar da, doku mühendisliği ve polimer kimya-sındaki gelişmeler sayesinde her geçen gün orijinaline daha çok benzer hale getiriliyorlar.

rek çoğaltılan ve olgunlaştırman kas hücreleri "üretra" denen dış idrar kanalı çevresine enjekte ediliyor. İdrarı tutmayı sağlayan kaslı bölgeye enjekte edilen bu hücreler, zaman içinde diğer kas hücreleriyle kaynaşarak görevlerini yapmaya başlıyorlar. Yapılan çalışmalar, bu hücrelerin diğer sağlıklı kas hücreleri gibi ka-

insan üretrasındaki küçük hasarlı bölgelerin tamirinde başarıyla kullanıldı. Ancak FDA onayı alması için klinik çalışmaların sonuçları bekleniyor. Yapay idrar kesesi ve yapay üretra birlikte kullanılarak, alt idrar sistemini tümüyle yenilemek mümkün olabilecek.

YEMEK BORUSU

Özafagus olarak adlandırılan yemek borusu, kanser ya da yaralanmalara bağlı olarak hasar görebiliyor. Çocuklarda yağ çözücü sıvıların, lavobo açıcı ya da çamaşır suyu gibi kimyasal maddelerin içilmesine bağlı olarak yemek borusunda kalıcı hasarlar ve daralmalar meydana geliyor. Yemek yemeyi engelleyecek şekilde oluşan hasarlar, ya da yemek borusunun çıkartılmasını gerektiren durumlarda yapay bir yemek borusu gerekiyor. Bağırsak parçaları yemek borusu olarak kullanılabiliyor. Ancak bağırsak, bu işi tam olarak yerine getiremiyor. Ayrıca salgıladığı maddeler, yutma zorlukları ortaya çıkarıyor.

Hayvanların derisindeki kollagen kullanılarak

yapay yemek borusu oluşturuldu. Burada ilk basamak, tip l kollagen içeren süngerimsi boru oluşturmak. Üç boyutlu yapısını koruyabilmesi için de, içine silikon bir tüp yerleştiriliyor. Yemek borusunun alt ve üst uçları arasına yerleştirilen bu yapay tüp, birkaç hafta içinde diğer dokularla kaynıyor. İki hafta içinde süngerimsi borunun içi, hayvanın kendi bağ dokusu ve kollagen lifleriyle doluyor. Yaklaşık bir ay sonra, yapay yemek borusunun içinde destek görevi gören silikon tüp çıkartılıyor. Bağ dokusundan oluşan yeni yapay yemek borusunun içi 2-3 hafta içinde sindirim sisteminin iç yüzeyinde bulunan "mukoza" hücreleriyle kaplanıyor. Bir ay içinde ya-

pay borunun dış kısmında kas hücreleri beliriyor. Bu hücreler, yemek borusunun ek yapıldığı uçlardan başlayıp ortaya kadar ilerliyorlar. Çoğalan kas hücreleri kısa bir sürede iç ve dış olmak üzere iki tabaka halini alıyor. Bu hücreler, yemek borusunun kasılıp yemeklerin mideye itilmesini sağlıyorlar . Yapay yemek borusunun bağlandığı uçlardan, hücrelerin farklılaşmasını ve olgunlaşmasını sağlayan faktörlerin salgılandığı, bunun da farklı katlar oluşmasına yol açtığı düşünülüyor. Yapay yemek borusu çalışmaları henüz deneysel aşamada olsa da işlevsel bir organ oluşturulması açısından oldukça önem taşıyor.

Nisan 2004 BlLİMveTEKNİK

BİYOBOZUNUR BİYOPOLİMERLER

Hastalık ya da kazalar nedeniyle işlev göremez hale gelen organın yerine sağlıklı bir yenisinin değişik yöntemlerle oluşturulması; günümüzde hücre biyolojisi, polimer kimyası, malzeme bilimi, biyomedikal mühendisliği ve biyokimya alanlarının yer aldığı, çok disiplinli bir araştırma alanıdır. Biyobozunur polimerleri bir organın destek malzemesi olarak kullanarak yapay organ oluşturma girişimleri son yıllarda hız kazanmıştır.

Hepatit B ve C enfeksiyonlarının yaygın olduğu ülkemizde, bu ve diğer karaciğer hastalıklarının komplikasyonu olarak, her yıl binlerce hasta akut karaciğer yetmezliğine yakalanıyor, bunların önemli bir bölümü karaciğer nakli için uygun verici bulunamadığı için kaybediliyor. Akut karaciğer yetmezliğine yakalanan ve verici bekleme süresince bir karaciğer desteğine gereksinim duyan pek çok hastanın yaşamının doku mühendisliği uygulamalarıyla uzatılabileceği düşünülerek, insan çalışmaları öncesinde deneylerin bir hayvan modelinde gerçekleştirileceği bir çok disiplinli proje oluşturulmuş durumda. TÜBİTAK, Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Araştırma Enstitü-sü'nde bu konuda 2001 yılında başlatılan, Teknoloji İzleme ve Değerlendirme Başkanlığı (Tİ-DEB) destekli bir EUREKA projesi olan "Karaciğer yetmezliğinde işlev yapabilecek bir yapay karaciğerin biyopolimerler kullanılarak eldesi, kapsamında çalışmalar sürdürülüyor.

Bu projede, biyobozunur biyopolimerler üzerine yerleştirilen karaciğer hücrelerinin çoğalmaları, dokusal organizasyonu tamamlayarak işlevsel bir yapay karaciğer oluşturmaları amacıyla, hücre kültürü (in vitro) ve canlı hayvan deneylerinin (in vivo) gerçekleştirilmesi hedeflenmekte. Hücrelerin elde edilmesi ve hayvan deneyleri için, bir laboratuvar deney hayvanı olan Sprague-Daw-ley sıçanları kullanılıyor.

Hedefe varmak için birbirinden farklı üç alanda deneyler yapılıyor. Bunlardan biri, biyobozunur biyopolimerlerin oluşturulması. Bunlar, üzerine eklenen sağlıklı hücrelerin tutunup çoğalması için bir destek, iskelet işlevi üstleniyor ve hücrelerin çoğalıp istenen organın hacmi ve işlevine erişme sürecine paralel olarak, vücutta reaksiyon yaratmayan küçük moleküllere ayrışarak ortadan kalkıyorlar. Projede bu biyopolimerler, dünyada da bu amaçla çok kullanılan laktik ve glikolik asit monomerleriyle oluşturuluyorlar; ancak, hücrelerin özgün olarak bu yapıya tutunmalarını sağlayacak molekülleri de bu polimerle-re katmak yoluyla, bu çalışmalar bir ileri aşamaya taşınmış durumda.

Vücudumuzdaki dokularda hücrelerin tutunmaları, çeşitli proteinlerden oluşan ve hücre-dışı matriks (extra-cellular matrix/ESM) olarak adlandırılan bir organize protein tabakasıyla etkileşim yoluyla gerçekleşiyor. Bu, hücre yüzeyindeki proteinlerin ESM proteinleriyle etkileşimlerine dayanıyor ve hücrenin bulunduğu dokunun içindeki yerini belirlemesini, bir anlamda "hissetmesini" sağlıyor. Doku mühendisliğinde çözümlenmesi gereken temel sorun, hücrelerin bulundukları yeri doğru algılayarak hem özgün olarak tutun-

malarını sağlayan, hem de fenotiplerinin; yani belirli bir hücreyi o hücre yapan özelliklerin kaybolmasını önleyen bir biyomateryali oluşturabilmek ve kullanmak. Bu amaçla, ESM proteinlerine ait peptit dizileri, grubumuzda oluşturulan bi-yopolimerlere ekleniyor.

Bir diğer çalışma konusu, karaciğer hücreleri (hepatositler)'dir. Projede kullanılan karaciğer hücreleri, sağlıklı hayvanlardan enzim perfüzyo-nuyla izole edilerek kültür ortamında inceleniyorlar. Bu hücreler, bulundukları dokudan çıkarılarak yerleştirildikleri kültür ortamında, fenotiple-rini yani karaciğer hücresi olma özelliklerini hızla kaybederler. Bunu önlemek amacıyla çeşitli yaklaşımlar denenmekte. Bu da dünyada üzerinde çok çalışılan bir sorun. Bu değişimleri hücrelerde gen ve protein ifadeleri ölçülerek izleniyor. Bu amaçla, modern moleküler biyoloji yöntemleri olan kantitatif revers transkriptaz-polimeraz zincir reaksiyonu (hücrelerdeki mRNA'ların izolasyonu, bunlardan cDNA oluşturulması ve sonrasında ilgilenilen genin polimeraz zincir reaksiyonuyla çoğaltılarak ölçülebilir hale getirilmesi yöntemi, Q RT-PZR) ve Western blotlama (hücrelerdeki tüm proteinlerin izolasyonu, jel elektrofore-zi ile ayrılmaları, bir zara transfer edildikten sonra ilgilenilen proteinin peroksidaz ya da kemilü-

minesans gibi bir sinyal yayan antikorla işaretlenmesi ve sinyalin ölçülerek protein miktarının belirlenmesi yöntemi) gibi teknikler kullanılıyor.

Projedeki üçüncü çalışma alanı, doku mühendisliğinde her hücre-biyopolimer implantında karşılaşılan önemli bir sorun: biyopolimer yapının içindeki hücrelerin beslenme ve oksijenlenmesi. Birkaç yüz mikrondan daha kalın yapıların içine besin ve oksijen difüzyonu olmuyor ve bunlarda damarlanma (anjiyogenez) yoluyla kılcal damar oluşumu gerekiyor. Dünyada ileri laboratuvarlar-da üzerinde yoğun çalışmaların sürdüğü bu "imp-lant damarlanması"nın gerçekleşmesi için, amacıyla, damarlanmayı uyarıcı bir protein olan vas-küler endotelyal büyüme faktörü (VEGF)'nün biyopolimer yapıdan ortama yayılması (salımı) sağ-laıyor. Bununla hedeflenen, implant çevresindeki dokulardan kılcal damarların implant içine gelişmeleri ve kanlanmanın oluşması, VEGF proteinini ortama kontrollü olarak salmak amacıyla, içindeki maddeyi kontrollü salım ile serbestleyen mikrokürelerin sentez ve karakterizasyonu üzerinde çalışmalar sürmekte.

2004 yılında, hücre-biyopolimer-mikroküre karışımlarının hayvanlara cerrahi girişimlerle implante edilmesiyle yapılacak in vivo deneylerin başlaması hedeflenmekte. Bu projede elde edilecek başarılı sonuçlar, insanlarda da çalışmaların planlanabilmesini sağlayacak.

Enstitünün temel misyonuna uygun olarak, bu projede çalışmalar, özel kuruluşlar ve üniversitesiyle işbirliği yapılarak yürütülmekte. EUREKA proje ortağı olan Eczacıbaşı İlaç Sanayii ile mikroküre çalışmalarında; Kocaeli Üniversitesi, Çocuk Cerrahisi Anabilim Dalı ile de hayvan deneylerinde süren işbirlikleri, projenin ilerlemesinde önemli bir faktör.

Doç. Dr. Kemal Baysal

TÜBİTAK, Gen Mühendisliği ve

Biyoteknoloji Araştırma Entitüsü

BİLİM veTEKNilK 14 Nisan 2004

BİYOSİ NYALLERVE
DOKU MÜHENDİSLİĞİ

Bilindiği gibi vücudumuzdaki doku ve
organlar; canlı hücreler ve bunları birara-
da tutan "hücre dışı matris" (extracellular
matrix, kısaca ECM)'ten oluşuyorlar. ECM
karmaşık yapı ve işleve sahip bir iskelet
gibi düşünülebilir. Bileşimi, doku ve or-
ganların özellik ve işlevine göre değişiyor.
Örneğin, kemiğin sertliğini ve uzamasını
etkilerken, kıkırdağın direncini, kan da-
marlarının basınca dayanımını ve esnekli-
ğini, derimizin elastikliğini ayarlıyor.
ECM'in bir diğer önemli rolü de, hücre
üremesi, gelişmesi ve yara iyileşmesi sıra-
sında, çözünebilen yapıdaki sinyal mole-
küllerini salması. Çünkü ECM, bu sinyal
moleküller için bir depo oluşturuyor. "Bü-
yüme faktörleri" olarak da bilinen bu mo-
leküller büyüme, farklılaşma, salgılama ve
ölüm gibi çeşitli hücresel işlevleri düzenliyorlar.
Her biyosinyal, hücre yüzeyinde bulunan ve yal-
nızca o faktörü tanıyan bir almaca (reseptör) sa-
hip. Biyosinyaller bu almaca bağlanarak hücresel
işlevleri etkinleştirmeye başlıyorlar. Ancak, sin-
yal molekülleriyle hücre arasındaki etkileşimin
mekanizması henüz tam olarak anlaşılamamış.

Biyosinyaller, genlerin ürünü olan küçük protein molekülleri. Bazıları işlevsel açıdan son derece özgülken, kimileri daha geniş bir etkinliğe sahipler. Çeşitli biyosinyal moleküller mevcut. Hepatosit büyüme faktörü (HGF), epidermal büyüme faktörü (EGF), eritropoietin (Epo), fibrob-last büyüme faktörü (FGF), insüline benzer büyüme faktörü (IGF), interlökinler, sinir büyüme faktörü (NGF), damar endotel büyüme faktörü (VEGF), doku mühendisliği açısından önemli olan biyosinyallerden bazıları.

Gelelim biyosinyallerin doku mühendisliğin-deki rolüne...

Doku hasarının onarımında değişik yaklaşımlar mevcut. Eğer onarılacak dokunun, yeniden yapılanma (yani rejenerasyon) kapasitesi yüksek se, hasarlı bölgeye yerleştirilen 3-boyutlu ve biyo-bozunur yapıdaki "doku iskeleti" üzerinde, çevredeki sağlıklı dokudan göç eden hücrelerce yeni doku oluşturulacaktır. Ancak dokunun yeniden yapılanma potansiyeli düşükse, boş doku iskele-

hızla dışarıya doğru uzaklaşıyorlar. Uzun süreli etki, "kontrollü ilaç salım sistemleri'nin devreye sokulmasıyla sağlanıyor. Bu yöntemde, biyosinyal bir taşıyıcı içine hapsedilerek, etki göstereceği bölgeye gönderiliyor. Böylelikle, biyosinyal molekül, hem ortamdaki bo

Hücre

Matris

etkileşimi

zucu etkilerden korunmuş oluyor, hem de etkinliğini uzun süre devam ettiri

yor.

Biyosinyali taşıyan yapı, çoğunlukla bir polimer. Kollajen, jelatin, aljinat, agaroz gibi doğal polimerlerin yanısıra poli (laktik asit) (PLA) temelli yapay po-limerler ve hidroksiapatit gibi biyosera-mikler, kullanılan başlıca taşıyıcılar.

Yapılan bir çalışmada, fibroblast bü-

yüme faktörü (FGF) içeren jelatin kapsüller, fare sırtında açılan yaraya yerleştirildiklerinde bu bölgede yeni damarların oluştuğu gözlenmiş, FGF aynı bölgeye enjekte edildiğindeyse damar oluşmamış. Bu durum, FGF'nin enjeksiyon sonrasında bu bölgeden hızlı biçimde uzaklaşmasına bağlanmış. FGF yüklü jelatin taşıyıcıların kemik onarımı açısından etkinlikleri, tavşan ve may-munlardaki kafatası kemiklerinin onarımında incelenmiş. Maymunda kafatasındaki bir açıklığa yerleştirilen FGF yüklü taşıyıcının, bu bölgedeki kemik onarımını hızlandırdığı ve 21 gün sonra açıklığı neredeyse tamamen ortadan kaldırdığı gözlenmiş.

Protein yapıdaki bir biyosinyalin kullanımına seçenek olarak, bu molekülü kodlayan bir genle doku mühendisliği için bir deneme yapılmış. Eğer, bir biyosinyal molekülü kodlayan gen, hasarlı bölgedeki hücrelere aktarılacak olursa (gen transferi), hücrelerin doku yenilenmesini sağlayacak boyutta büyüme faktörü salgılamaları mümkün olabilir. VEGF, FGF ve TGF gibi büyüme faktörleri için bu tür gen tedavilerinin mümkün olduğu bazı hastalıklar rapor edilmiş. Fakat, gen transferi için vektör (taşıyıcı) geliştirilmesi bu alandaki en büyük problem; çünkü şu an kullanımdaki vektörler ya uygun biyogüvenliğe ya da yeterli etkinliğe sahip değiller.

Sonuç olarak, vücut dokularının yeniden yapılanmasında çok çeşitli biyosinyal molekül etkin. Ancak, henüz hangi biyosinyallerin anahtar konumda olduğu açık değil. Biyosinyal molekülleri bu amaç için kullanıldıkça, kontrollü salımları da vazgeçilmez olacak. Doku mühendisliği henüz ilk adımlarını atmakta olan genç bir bilim dalı, kontrollü salım teknolojisi de oldukça yeni bir alan. İki teknolojinin ortak meyvelerinin toplanması, biraz daha zaman alacak gibi gözüküyor.

Prof. Dr. Menemşe Gümüşderelioğlu
Arş. Gör. Hilal Türkoğlu

Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği ve
Biyomühendislik Anabilim Dalları

Hücre
farklılaşması

Hücresel işlevler

Biyosinyaller (şematik)

ti yeterli olmaz, bu durumda hücrelerin ve biyosinyallerin ortama eklenmesi gerekir. Bu noktada aklımıza gelen ilk soru, "acaba biyosinyalleri nereye ve hangi yöntemle ekleyelim?" olacak. Kuşkusuz en basit yöntem, biyosinyalleri hücre üremesinin olduğu yere enjekte etmek. Ama bu yöntem etkili olmuyor. Çünkü biyosinyaller çok kısa sürede (yaklaşık l günde) hasarlı bölgeden

Nisan 2004 15 BİLİMveTEKNİK