Mühendisliğin Kök Hücre Hali! Doku Mühendisliği Nedir?

Doku Mühendisliği nedir?

Kök Hücre Tedavisi

Doku mühendisliği, dokuların ve organların hastalara nakledilmek amacıyla laboratuvar şartlarında meydana getirilmesidir. En önemli özelliklerinden birisi disiplinler arası çalışmayı zorunlu kılmış olmasıdır.

Doku mühendisliği, biyomedikal araştırmalar sonucunda ulaşılan bilgileri kliniklerle doku replasmanına uyarlar. Doku mühendisliği, mühendislik ve yaşam bilimlerinin ilkelerinden faydalanarak doku fonksiyonlarının iyileşmesini ve korunmasını ve de biyolojik yer tutucuların geliştirilmesini sağlar.

Genel olarak doku mühendisliği aşamaları;
• Kullanılacak hücreler elde edilir.
• Elde edilen hücreler kültür ortamında çoğaltılır.
• Çoğaltılan hücreler taşıyıcı iskelet üzerine ekilir.
• Taşıyıcı iskelet üzerinde tekrar çoğalması sağlanıp üç boyutlu yapı kazandırılır
• Son olarak hastaya aktarılır.

Doku mühendisliği nedir?


Geliştirilen ilk materyaller biyolojik olarak inert (aktif olmayan) olarak kabul edilirler yani belirgin bir doku yanıtı bulunmaz. Silikon jel meme implantı inert materyallere bir örnektir. İkinci nesil materyaller, ekstrasellüler matrix ( memeli dokulardaki hücreleri destekleyen karmaşık yapılar) ile kimyasal olarak etkileşebilir şekilde tasarlanır. Bu biyomateryaller içinde cam ve kalsiyum seramikleri bulunur, bunlar kemiklerin yerine kullanılabilecek materyaller olarak sayılabilirler. Büyük oranda doku mühendisliği alanını; biyolojik olarak yok edilebilen sentetik materyallerin, hücrelerin tutunması ve doku oluşumuna katkı sağlamasıyla taşıyıcı iskelet rolü görebileceği fikri başlatmıştır. Biyomateryaller doku kalıbını oluşturan çemberler, doku iskeleti gibi implante edilen cihazlar için önemlidir. İmplante olmuş kalıplar, istenen özelliklerin üç boyutlu şekle bağlı olduğu yapıdaki dokular için kullanışlıdır. Kalıp, doku oluşumuna rehberlik eder ve kan akışının bulunduğunu bölümden yeni dokuya yönlendirmeyi sağlar, böylece yeni dokunun cerrahi aktarımı mümkünleşir.

Biyomateryal

Biyomateryallerin önemli özelliklerinden olan taşıyıcı iskelet için kullanılacak materyallerde aranan özellikler arasında biyouyumluluk, yok edilebilirlik, mekanik bütünlülüğü ve doku iletimini sağlayabilmesi bulunur. Yapı görevinde görev alan vücuttaki materyaller; hyalüronik asit, glikozaminoglikan, kolajen, polisakkarit ve fibrindir. Doku iskeleti olarak yarı sentetik ( biyolojik yapıda bulunan maddelerin sentetiklerle karışımı) ya da sentetik maddeler (tamamen doğal olmayan) kullanılabilir. Sentetik polimerler esnek tasarımlar için avantajlıdır. Bazı polimerler, vücut ısısına maruz kaldığında hücresel yıkım ya da enzimatik yıkıma sebep olabilir. Geçirgenlik ve hidrofobiklik özelliklerine kristallik gibi özellikler eklenerek yıkım bir miktar engellenebilir. Materyaller yüzey özellikleri ve birleşimi değişecek şekilde biyoaktif moleküller ile desteklenebilir. Materyalin üzerine çeşitli moleküller eklenerek hareketlilik etkilenebilir. Kalsiyum mineralleriyle kaplama, parçalanan polimerlerin kemik dokusu ile uyumunu sağlar. Kolajen gibi doğal var olan lifler özelleşmiş hücre adhezyonunu sağlayan yerleri taklit edebilir.

Biyoteknoloji

Biyoteknoloji; bitki, hayvan ve insan hücrelerini de içine alan tüm organik hücrelerin işleyişlerini anlamak, onları değiştirmek veya yönlendirmek gibi birçok teknolojiyi inceler. Biyoteknoloji; gen tedavisi, hücre nakli, büyüme faktörü salınımı, biyoaktif birleşimleri destekleyen metotları ortaya çıkartır. Hücre odaklı teknolojilerde hücre nakli ve hücre içerisindeki iyileşmelere yönelik işlemler bulunur. Hücrelerin toplanması, hücrelerin kültür ortamında büyümeleri ve doku fonksiyonlarının düzeltilmesi için alındıkları dokuya geri aktarılması hücre naklinin temel planlarıdır. Doku mühendisliği kavramı yokken hücre nakli, hücrelerin doğrudan enjekte edilmesi ya da ekstrasellüler matriks proteinleri (kolajen gibi) üzerine yerleştirerek yapılıyordu. Hücrenin yaşaması için difüzyon sınırlılığı vaskülerize dokuların yani iskele üzerinde elde edilen üç boyutlu kültürlerin üretimini zorlaştırır. Vaskülarize doku eldesi için özelleşmiş doku oluşumuna ve anjiogeneze ihtiyaç vardır.

Hasar almış veya hastalıklı dokuların onarımı 3 temel stratejiye dayanır;

• Yeni izole edilmiş veya kültür ortamından geçirilen hücrenin nakli
• Hücrelerden ve yapısal bazlı iskelet yapılarıyla laboratuvar koşulları altında meydana getirilmiş dokunun nakli
• Kendini yenilemesi için dokunun bulunduğu yerde gelişimi

Hücre odaklı nakil işlemi için hastadan veya vericiden alınan hücreler ile hücre kümeleri oluşturulur. Oluşturulan hücre kümelerindeki hücreler hasar almış dokulara direkt enjekte edilebildiği gibi laboratuvar ortamında bozunabilen bir yapı iskelesi ile birlikte bir araya getirilip de nakledilebilir.

Kök Hücre Nakli

Doku nakli yapılırken hastadan ya da vericiden alınan hücreler biyobozunur yapı iskeleti ile birlikte kullanılarak laboratuvar ortamı şartlarında üç boyutlu doku oluşumu sağlanır. Üç boyutlu doku oluşumu olması gerektiği faza eriştiğinde hasta dokuya nakledilir.

Yapı iskelesi, hasarlı dokuya direkt nakledildiği ve hücrelerin uyarılarak yerel doku onarımını sağladığı tekniğe yerinde yenileme tekniği denir. Hücre naklinde kullanılan kaynaklar; hastadan alınan otolog hücreler, hasta ile immünolojik benzerliği olmayan vericiden alınan allogenik hücreler ve başka bir türden elde edilen ksenogenik hücrelerdir. Bu uygulamada çoğunlukla kendini onarabilen ve başka hücrelere farklılaşabilen embriyonik kök hücreler kullanılabilir.

Olgunlaşma evresinin farklı bölümlerindeki hücre gruplarından oluşan birleşmelerde (kök ve progenitör hücre içeren) işleme katılabilir. Bazı yaklaşımlarda kök hücrelerin ayrıştırılması ve zenginleştirilmesi gibi işlemler de yapılabilir. Cilt ülseri, şeker ve karaciğer hastalıklarının tedavisinde allogenik hücreler de işleme katılabilir. FDA (Food and Drug Administration) tarafından onaylanmış ve laboratuvar koşullarında canlı deri kullanımı ile gerçekleştirilmiş iki ürün birlikte şeker hastalığı ve venöz cilt ülserinin tedavisinde kullanılmıştır. İki üründen birincisi, insan sünnet derisinden yapılan fibroblasttır. Hücre kültürü ortamında geliştirilmiş fibroblastlar, su varlığında zaman içerisinde yıkıma uğrayabilen polimer bir yap üzerine inşa edilmektedir.

Deri fibroblastlarından (vücut sıcaklığında jel olabilir ve kollajen çözeltisi içerisinde bulunur) oluşan bu üründe jel yapının çevresi üst deri katmanıyla çevrilidir. Nakil işlemi gerçekleştikten sonra ürünü onarma süresi boyunca kısmi ya da çok fazla miktarda olarak konak deri ile konum değiştirir. Deri ürünlerinde bulunan yapıları, hücrenin dışına dolgu maddesi salgılar ve diğer konakçı tarafından salgılanan molekülleri etkileşime girer. Bu ürünler nakilden 6 ay sonra hala varlıklarını sürdürebilirler.

Gıda ve ilaç dairesinin onayından geçmiş otolog bir hücre ürünü vücudun eklem ve kıkırdak dokusunun onarımına kullanılabilir. Hastanın zarar görmüş eklem yapısının sağlam tarafından alınan kıkırdak doku parçası geliştirilir ve hasarlı alana nakledilir. Eldesi yıkıma uğrayan kemik iliği hücrelerinden olan mezenkimal kök hücreleri kültür ortamında iyileştirilerek farklılaşmaları için uyarılırlar. Bu işlemle birlikte elden edilen hücreler zarar görmüş kemik, kıkırdak ve tendomların tedavisinde kullanılır.

Embriyonik hücrelere ilginin sebebi laboratuvar ortamında farklılık geçirmediği evre sırasında geliştirebilmeleri ve farklı hücre çeşitlerine kaynak olabilmeleridir. Yetişkin bireylerin kemik iliği hücrelerinden elde edilmiş olan kök hücreler birçok kan hastalığının iyileşmesini mümkün kılar.

Kemik iliğinden elde edilen kök hücreler kalp kas hücrelerine, akciğer dokularına evrilebilir.

Doku mühendisliğinde kök hücre

Doku hücreleri vücuda nakledildikten birkaç saat sonra oksijen harcamaya başlarlar ama yerleştirilmiş implantlara besin ve oksijeni ulaştıran damarların dokuda oluşması günler alabilir. Bu sorunu ortadan kaldırmak için laboratuvar ortamında geliştirilmiş hücreleri direkt olarak hastanın karaciğerinde veya dalak bölgesinde olan damarlı bölgeye nakil yapılma yolu izlenir. Hepatositler karaciğer yetmezliğini aşmak için insanın karaciğer dokusuna direkt olarak sıkılır.

Kök Hücre Teknolojisi

Kök hücreler embriyonik dönem sırasında yaşamları boyunca farklı hücrelere dönüşebilirler. Canlının yaşamı süresince özelliklerini kaybetmeden bölünerek çok fazla dokunun onarımında görev alırlar. Kök hücrenin bölünmesi yoluyla oluşan hücreler yine kök hücre olarak kalırken özellişmiş özellikleri olan yeni hücrelere de dönüşebilirler.
Kök hücreler, hücre bölünmesiyle kendilerini yenileyebilmeleri ve spesifik fizyolojik veya deneysel koşullarda doku ya da organa özel hücrelere dönüşebilmesiyle diğer hücrelerden ayrılırlar. Bağırsak ve kemik iliği gibi kısımlarda yer alan kök hücreler hasar görmüş ya da yıpranan hücrelerin devamlılığı için düzenli olarak bölünürler.

Kök hücreleri neden diğer hücrelerden farklıdır?

Normal şartlarda kendilerini yenileyemeyen kas, kan ya da sinir hücrelerinden farklı olarak kök hücreler kendilerini defalarca eşleyebilir ve çoğaltabilirler. Kök hücreler ,aynı zamanda özelleşmiş işlevler gösteren dokulara özgü yapılar içermezler. Kök hücreler, kalp kası gibi diğer hücrelerle birlikte çalışarak vücutta kanın pompalanmasını sağlayamaz veya alyuvarlar gibi kanda oksijen molekülleri taşıyamaz.

Kök Hücre Teknolojisi

Yetişkin kök hücreleri bulundukları dokuya özel olan hücrelerin oluşumuna imkân sağlar. Mesela kan hücrelerinin oluşumunu gerçekleştiren ve kemik iliğinde bulunan hematopoetik kök hücrelerin beyinde bulunan sinir hücreleri gibi son derece farklı bir dokuya ait hücrelerin oluşumundan sorumlu olmadığı kabul edilir.

Embriyonik kök hücre nedir?

İsimlerinden de anlaşıldığı gibi embriyo temelli hücrelerdir. Embriyonun blastosit evresinde morulanın ortasındaki kümelenmiş hücrelerden elde edilir. Embriyonik kök hücrelerin birçoğunun eldesi laboratuvar ortamında döllendirilmiş yumurta hücrelerinden elde edilir.

Yetişkin kök hücresi nedir?

Yetişkin kök hücreleri, doku ve organlarda bulunurlar. Kendilerini yenileyebilirler ya da ana hücre tiplerine dönüşebilirler. Farklılaşmamış hücrelerdir. Yetişkin kök hücrelerinin temel işlevi dokunun devamlılığını ve yenilenmesini gerçekleştirmektir.

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Negibi sosyal içerik paylaşım sitesidir. Tüm hakları saklıdır izinsiz kullanılamaz ya da kopyalanamaz.