Tıpta üç boyutlu devrim

İleride satılık doku ve organ dükkanları açılırsa şaşırmayın! Üç boyutlu biyoyazıcılar bu devrimi vaat ediyor

Türk malı üç boyutlu yazıcı pankreas üretecek
*Üç boyutlu yazıcılar sadece endüstriyel ürünlerde yeni bir çağ açmakla kalmayacak, aynı zamanda bu mucize aletlerin türevi olan biyoyazıcılardan ileride elde edilecek organlar belki çok yakın bir gelecekte hayat kurtarmaya başlayacak.
*Bir Türk bilim adamı da böyle bir biyoyazıcı geliştirme konusunda dünyaya öncülük ediyor ve üretmeyi amaçladığı pankreas dokusunun şeker hastalarına deva olmasını amaçlıyor…
Herkesin tek tip beyaz kıyafetler içinde dolaştığı, aynı ortak geçmişe ve hatıralara, rüyalara sahip olduğu, doğduğundan beri hiç dışarı çıkmadıkları büyük kitleleri içine alabileceği, fütüristik, kapalı bir yaşam alanı içinde başlar film. Bu yaşam alanı içinde yaşayan bütün herkes için en büyük arzu belirli aralıklarla yapılan kurayı kazanıp ilk kez yaşadıkları sınırlı alanın dışına çıkarak onlara sunulan "Ada" tatilini kazanmaktır. Ewen McGregor ve Scarlett Johanson'ın başrollerini paylaştıkları bu filmde karakterlerden biri aslında kendilerinin birer kopya olduğunu, gerçek hayatta var olan kişilerin yaptığı ödeme karşılığında bir şirketin onların kopyalarını üretip bu yapı içinde büyüttüğünü öğrenir. Ada tatilinin de kopyaların zamanı geldiğinde direnmeksizin öldürülüp iç organlarının gerçek hayattaki kişiye nakledilmesi için kurulan bir kumpastan ibaret olduğunu fark eder ve büyük kaçış ve kovalamaca başlar.
Bilimin bir koyunu kopyalayıp Dolly'i üretmesiyle başlayan serüveni, gelecekte kopyalamanın bu ekonomik sistemde ne tür tüyler ürpertici bir sağlık endüstrisine dönüşebileceğini ele alan fütüristik senaryolara yol açtı. Fakat artık ilk önce endüstriyel sektörde baş gösteren üç boyutlu yazıcıların tıp alanına da tam teşekküllü organlar üretebilecek biyoyazıcılar olarak uyarlanmaya başlamasıyla kopyalama gelecekte böylesine korkutucu neticelere yol açmak zorunda değil.
Karaciğer dokusu ürettiler çünkü…
ABD'de San Diego'daki Organovo tıbbi araştırma şirketi biyoyazıcılar ile bedenimizin parça ve bölümlerini üretmeye başlıyor. Burada üretilen doku örnekleri neredeyse insan karaciğerindekiler ile aynı. Bu teknoloji merkezinin 15 bin metrekarelik alanında özel olarak geliştirilmiş biyoyazıcılar bir doküman basar gibi doku basıyorlar. Biyomühendisler Organovo gibi dünyanın çeşitli yerlerindeki laboratuvarlarda bu teknolojiyi kullanarak kalp kapakçıkları, kulaklar, yapay kemikler, eklemler, menisküs, damarlar ve deri dokusu gibi prototip beden parçaları üretmeye başladı. Organovo'da şu anda bir bilgisayar faresine tıklanarak yazıcıdan karaciğer dokusu alınabiliyor. Bu da tam anlamıyla işlevlerini yerine getiren bir organ basılması için önemli ve hayati bir adımı oluşturuyor. Bu kurumun baş teknoloji sorumlusu olan Sharon Presnell yakın zamanda bütün bir insan organının tak-çalıştır gibi alınıp, kullanılabileceğine inanıyor.
Organovo'nun ilk biyoyazıcı ürününün karaciğer dokusu olmasının sebebi ise piyasaya sürülecek ilaçların testindeki bir boşluğu doldurma arzusundan kaynaklanıyor. Zira karaciğerde toksik birikmesi bir ilacın piyasaya sürülmeden evvel yapılan klinik testlerde başarısız olmasının yahut daha önceden onaylanmış bir ilacın pazardan çekilmesinin en büyük nedeni ve daha henüz bir ilacın yutulup, sindirilmeden karaciğeri nasıl etkilediğini değerlendirmeye yarayan güvenilir bir test yöntemi yok. Bunun için yapılan hayvan deneylerinde ise fare ve insanlar arasında farklılıklar olabiliyor. Fare için olumsuz belirti göstermeyen bir ilaç insanda toksik bir etki yaratabiliyor. Organovo gelecek sene, ürettiği bu karaciğer dokusu sayesinde hayvanların kullanılmasına ve ilacın yutulmasına gerek kalmadan ilaçların toksik etkilerini değerlendirebilen testleri hayata geçirmeye başlayacak.
Hewlett Packard ile start aldı
Biyomühendis Thomas Boland biyoyazıcının babası olarak anılıyor. Daha önceden bilim insanları DNA parçalarını modifikasyonunu yaptıkları yazıcılar ile basabiliyordu. Boland ise bu yapılabildiğine göre, en küçük insan hücresinin boyutunun yaklaşık olarak bir mürekkep damlacığının boyutu olan 10 mikrometre ile aynı olmasından hareketle, bu parçalardan daha büyük ölçekte biyomaddeler yapılabileceğini düşündü. Ve 2000 yılında Boland ve ekibi Hewlett Packard marka bir yazıcıyı kalın bağırsağın içinde yaşayan bir bakteri olan koli basilini basmak için konfigüre etti. Bunda başarılı olunca da teknolojiyi Çin hamster'ı ve laboratuvar farelerinden elde edilen daha büyük boyutta olan memeli hayvan hücrelerini basacak kadar geliştirdiler. Boland bu başarısının ardından 2003 yılında ilk biyoyazıcının patentini aldı. Onu takip eden diğer biyomühendisler de üç boyutlu yazıcıları diğer biyolojik parçaların üretimi için uyarladılar. (Seramikten kemik aşılama, porselenden diş kaplama, akrilikten işitme cihazı, polimerden prostetik uzuv elde etme gibi...)
Ana çalışma mantığı endüstriyel üç boyutlu yazıcılar gibi hammaddeyi katman katman işleyerek istenilen ürünü çıkarmak olan biyoyazıcılar sayesinde Onarıcı Tıp Wake Forest Enstitüsü araştırmacısı olan James Yoo deri yanığı kurbanı kişiler için deri grefti basan taşınabilir bir yazıcı geliştirdi. Yoo "Bu bir büyü gibiydi, üç boyutlu hücre basabilmek anlamına geliyordu" diyerek heyecanını paylaşıyor. Bu teknolojinin faydasını ise birbirinden farklı biçimde, derinlikte ve düzensizlikte olan yara vakalarında, haritalandırma yöntemiyle ne kadar hücre katmanın zarar görmüş doku için gerekli olduğuna karar verip yazıcıdan daha doğru miktarda isabetli bir şekilde hücrelerin deriye nakledilebilmesini sağlamak olarak açıklıyor.
Tabii bu yazıcılardan istenilen verimi alabilmek ve farklı "biyolojik ürünler" çıkartabilmek pek çok farklı "mürekkebi" yani farklı tip hücre kullanmayı da gerektiriyor. Wake Forest'ta geliştirilen teknolojiler ile şu anda kök, kas ve damar hücrelerini kapsayan pek çok hücre yazıcıda hammadde olarak kullanılabiliyor. Bu enstitü çalışanları ellerindeki imkânlar ile iç kulak, burun ve kemik üretebiliyorlar.
Hücreler, dokular ve küçük parçalar ile devam eden bu süreçte en önemli aşamaya ise tam anlamıyla işlevlerini yerine getiren organ üretilmeye başlanınca geçilmiş olunacak. Organovo'nın kurucularından Gabor Forgacs bir organın yaratılması için besin maddelerini ve oksijeni taşıyan kan damarlarına ihtiyaç olduğunu, bunlar olmadan ilk aşamada üretilen hücrelerin bozulup öleceğini yani evirilip organa dönüşemeyeceğini söylüyor. Bu yüzden çabalar damar üretme çalışmalarında da yoğunlaşıyor ve ilerleme sağlanıyor.
Üç boyutlu biyoyazıcı teknolojisinin önündeki en önemli engellerden biri ise üretilecek biyolojik bir parçanın tasarımını çizebilen ve kusursuzca yazıcıya yollayabilen tam donanımlı sofistike bir yazılımın olmayışı. Bu durum sürecin hızı açısından önemli zira endüstriyel üç boyutlu yazıcılardan çıktı alabilmek için uzman olmanız bile gerekmiyor bugünlerde. Ücretsiz bir üç boyutlu tasarım sitesinden indirdiğiniz bir ürünü yazıcıdan alabiliyorsunuz. Fakat söz konusu olan şey insan bedeni ile alakalı olduğunda onun bir parçasını örneğin bir karaciğerin tasarımını bir jet uçak modeli gibi CAD programında elde etmek çok zor. Organovo'da çalışanlar bu alanın ekonomik kaynak yaratma açısından da çok önemli olduğundan hareketle biyoyazıcıya uyarlanabilecek bir CAD programı geliştirmek için adı "Project Cyborg" olan bir ekip kurmuş durumdalar. Tabii ilk önce bebek adımlarıyla mesela nano ölçekteki molekülleri modellemeyi amaçlayarak bu işe soyunuyorlar. Asıl amaç ise bir organın oluşması için en önemli ve birincil aşama olan hücresel yığışmayı dijital olarak tasarlayabilmek.
Biyoyazıcıların önü çok açık zira getireceği faydalar göz ardı edilmeyecek boyutta. Bu teknoloji ile üretilecek tümörlü organlar ve dokular üzerinde tıp öğrencileri herhangi bir cerrahi operasyona girmeden ve kadavraya ihtiyaç duymadan çalışabilecek. Ayrıca insanların mevcut kapasitesini arttıracak biyonik organlar da üretilebilecek. Bazı üniversitelerde bu tür çalışmalar yapılmaya başlandı. Princeton Üniversitesi'ndeki araştırmacılar biyoyazıcı teknoloji ile elektroniği birbirine entegre ederek insanın normal duyum eşiğinin ötesindeki radyo frekansları dahi alabileceği, nano parçaların hücrelerine entegre edildiği süper kulak üzerine çalışıyor bile…
Bir Türk pankreas üretecek
ODTÜ'nün Mekanik ve Endüstriyel Mühendislik Bölümü'nden mezun olan Dr. İbrahim Özbolat Iowa Üniversitesi'nin aynı bölümünde geliştirdiği biyoyazıcı ile pankreas dokusu basıp insan bedenine nakletmek istiyor. Aynı zamanda Iowa Üniversitesi'nin Biyoimalat Labratuvarı ve Elektronik İmalat Timi'nin başında olan Özbolat'ın amacı bu nakil ile birlikte kan şekerine ve tip bir diyabete yönelik etkili bir tedavi ortaya koymak. Zira pankreas dokusu insülin üretebilme imkânı olan endokrin hücrelerinden yapılacak. Kendi geliştirdiği biyoyazıcı, doku oluşmasında önemli olan hücresel yığışmayı sağlayabiliyor ve oluşan dokuya hücrelerin beslenmesini ve oksijen almasını sağlayacak damar ağı yerleştirebiliyor. Özbolat bu alanın en önemli zorluklarından birinin büyük damarları hücrelere bağlayan çok ince kılcal damarları üretmek olduğunu söylüyor. Araştırmacılar çok daha karmaşık damar sistemlerini ve bunların daha geniş boyutta olanını üretebilir durama geldiğinde biyolojik öğeler ve parçalardan üç boyutlu tam bir organ yapmak an meselesi olacak.
Kemal PEVLİVANOĞLU / AKTÜEL