Tıpta biyoprinter dönemi >> Canlı mürekkep ve 3B printer ile akciğer “basıyoruz”

İki yıl öncesine kadar insan karaciğeri basmak sadece bilimkurgu romanlarına konu olabilirdi. Ancak, 3B printer teknolojisinde kaydedilen son gelişmelerle birlikte, yakın gelecekte damarları ve bronşlarıyla tam kapasiteli bir insan akciğeri basmak mümkün olacak.

Bilim adamları karaciğer basarken, organdaki kan damarlarını oluşturmak amacıyla, içi “kılcal kanallarla” kaplı özel bir plastik kalıp kullanmışlardı. Akciğer basmak içinse 3B printerlar, insan hücrelerinden oluşan “canlı mürekkep” ve mikroskobik mıknatıslarla üretilen manyetik alanlar kullanıyorlar.

Biyoprinter olarak da adlandırılan “üç boyutlu canlı doku printerları”, tıpta kök hücre tedavisi ve klonlamayı birleştirerek insan organı basmakta kullanılıyor. Yakın gelecekte, biyoprinterlar organ yetmezliğinden kaynaklanan ölümlerin, organ reddetmeye bağlı komplikasyonların ve hastanelerdeki organ nakli kuyruklarının önüne geçecek… 

 

Biyoprinterlar sağlık sektörünü baştan yaratıyor

3B printer teknolojisi bugün klinik deney aşamasından çıkmış durumda… Daha geçen yıl, 83 yaşındaki bir kadına nakledilecek olan çene kemiği, titanyum tozu kullanan özel bir 3B printerla basıldı (Ameliyatı Hasselt Üniversitesi Belçika Biyomedikal Araştırmalar Enstitüsü uzmanlarından Dr. Jules Poukens gerçekleştirdi. Yapay çene kemiğini LayerWise şirketi bastı).

 

 

Bu yıl ise 3B printer teknolojisi biyoprinterlara taşınıyor: Bilim adamları biyoprinterları organik protezler, çene kemiği, organik “takma diş”, kulak, burun ve diğer organları basmakta kullanacaklar. Biyoprinterlar aynı zamanda insan derisi ile kas lifleri gibi canlı dokuları basmakta da kullanılıyor.

Özellikle insan derisi basan printerlar daha erken kullanıma girecek. Bugün yangında ağır yaralanan insanların büyük kısmı derideki büyük yanıklar nedeniyle hayatını kaybediyor.

 

Futbolda yeni Rıdvan Dilmenlerin sakatlanmasını önlemek için

Doktorların bugüne dek ürettiği sentetik deriler yanık tedavisinde geçici tedavi olarak kullanılıyor. Ancak, insanın kendi derisini klonlayarak biyoprinterda basmak ve ağır yanıkları gerçek deriyle tedavi etmek çok daha iyi sonuç verecek.

İnsan derisinin biyoprinterlarla basılması; kas liflerinin klonlanması, vücuttaki derin yaralar, kesikler, bağ kopması ve kırıklara bağlı sakatlanmaların önüne geçecektir.

Bu talihsizliği ben de yaşadım: Yerleri sildikten sonra ıslak bırakan Caddebostan Bintaş Market’te düşüp serçe parmağımı kırdıktan sonra geçirdiğim ameliyat işe yaramadı. Parmağımın üst bağı kopmuştu ve zamanla ete yapışarak köreldiği için, şimdi serçe parmağımın ucunu yukarı kaldıramıyorum.

Oysa kök hücrelerimden yeni bağ hücreleri üretsek ve biyoprinterda parmak eklemim için yeni bir bağ basıp ameliyatla nakletsek, serçe parmağım hareket kabiliyetini geri kazanacaktı. Bu çözümden futbolcular ve müsabakalarda sakatlanan, örneğin menüsküs olan sporcular da yararlanabilir.

 

Canlı dokuları “biyo mürekkeple” basmak

Biyo mürekkep, canlı insan dokusu basmak için kullanılan ve insan hücreleri içeren özel bir besleyici organik sıvıdır… Biraz kan, biraz plazma ve insan vücudundaki diğer besleyici maddelerden oluşan bu “canlı hücre jölesi” insan organları basmakta kullanılan temel hammaddeyi oluşturuyor.

Karaciğer basmak için karaciğer hücreleri içeren biyo mürekkep (canlı mürekkep), akciğer basmak için akciğer hücreleri olan biyo mürekkep kullanıyoruz. Biyo mürekkepten yararlanan biyoprinterlar, inkjet printerla kağıda çıktı alır gibi ve tabii ki 3 boyutlu olarak insan dokusu basıyor.

 

 

 

 

3 boyutlu printerda nasıl organ basılır?

Bunun iki yolu var: Ya karaciğer deneylerinde olduğu gibi, kılcal damarlar dahil, karaciğerin tüm detaylarını içeren bir plastik kalıp alacak ve içine biyo mürekkep dolduracaksınız… Ya da tek kalıp çalışmak yerine, organları biyo mürekkeple kat kat, parça parça basacaksınız.

Birincisinde, karaciğer hücrelerinden oluşan hücre kültürü jölesi plastik kalıbın içinde gelişerek yeni bir karaciğer oluşturuyor. İnsan derisi, kas dokusu ve kulak kepçesi gibi dış organlar basmakta kullanılan ikinci yöntemde ise, biyo mürekkep, katlı pasta hamuru hazırlar gibi üst üste döşeniyor (çikolata bar reklamlarında çikolatanın gofrete nasıl döküldüğünü düşünün). Böylece çok katmanlı canlı kas ve deri dokuları basılabiliyor.

Bugün deri ve kas dokusu basıyoruz ama tam kalıp canlı karaciğer gibi insan organları basmaya daha 10 yıl var. Önce elimizdeki biyoprinter teknolojisini biraz daha geliştirmemiz gerekiyor.

 

Güncel uygulamalar: Rejenerasyon tedavisi, yaraları dikmenin yerini alıyor

Kertenkelenin kopan kuyruğu hikayesini bilirsiniz… Bazı kertenkele türlerinde, kopan kuyruk kendi kendine tekrar çıkar. Aynı özellik insanlarda olsaydı, kopan kolumuz da kendiliğinden çıkacaktı ve kolumuzu dikmek zorunda kalmayacak ya da dikemeyince sakat kalmayacaktık. Tıp dilinde buna rejenerasyon diyoruz, yani “yeniden türeme”.

Yeniden türeme tıpta gelebileceğimiz son nokta… Bu aslında, kök hücreleri klonlayarak biyoprinterda organ basmaktan ve bu organı hastaya nakletmekten çok daha ileri bir teknoloji.

 

 

Sonuçta yağ bağlayan bir karaciğerin rejenerasyon yoluyla kendi kendine gençleşmesinden ve ameliyata gerek kalmadan iyileşmesinden söz ediyoruz. Rejenerasyon yoluyla kırık kemikler birkaç gün içinde kendiliğinden kaynayabilir ve kesiklerle yaralar hızla kapanabilir.

Bugün insan vücudunda sınırlı rejenerasyon özelliği var. Derimizdeki küçük kesikler kendiliğinden iyileşiyor ve alçıya almak zorunda olsak bile, kırılan kemiklerimiz de yine kendi kendine kaynıyor ama kopan kolumuz ne yazık ki yeniden çıkmıyor!

 

Kendi kendine iyileşen İnanılmaz Yeşil Dev

Biyoprinterlar işte bu anlamda rejenerasyonu kolaylaştırabilir. Örneğin yeni bir kol basıp bunu kopan yere dikebiliriz veya yaranın üstünü klonlanmış ve 3B printerda basılmış insan derisiyle kaplayabiliriz. Böylece derideki kesikler dikiş atmaya gerek kalmadan iyileşir. Bütün bunlar önümüzdeki yıllarda gerçek olacak.

 

 

Geçen yıl, Kuzey Carolina Wake Forest Üniversitesi’nde çalışmalarını sürdüren bir araştırma ekibi, ABD Silahlı Kuvvetleri Rejenerasyon Tıbbı Enstitüsü’yle işbirliği yaparak, insan derisi basan bir biyoprinter üretti. Doktorlar, 3B printerda basılan insan derisini sargı bezi gibi kullanarak ABD askerlerinin yaralarını iyileştirecekler. Karaciğer hücrelerinin biyoprinterla basılmasından da bu ekip sorumlu.

Ne diyelim? Marvel çizgi roman kahramanı İnanılmaz Yeşil Dev’in (Incredible Hulk) kendi kendine hızla iyileşen vücudu bir gün gerçek olabilir (filmlerdeki kadar abartılı bir rejenerasyon gücüne sahip olmasa da).

 

Sentetik et Afrika’da açlığa çare olur mu?

Biyoprinterların kullanıma girmesiyle birlikte, tıp dünyasında az bilinen bir meslek de hızla popülerlik kazandı. Bu mesleğin adı biyomühendislik… Cornell Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdüren biyomühendisler, biyoprinter deneylerinin bir parçası olarak insan kıkırdağı, kalp kapakçığı (kalp ameliyatlarında kritik öneme sahip bir doku) ve kemik protezler bastılar.

Modern Meadow adlı start-up biyoteknoloji şirketi ise, fabrikada sığır eti klonlayıp biyoprinterla basarak, artan nüfusun besin ihtiyacını karşılamayı amaçlıyor. Kırmızı et sağlığa zararlı diyorsanız, yarın öbür günün bunun tavuk eti, balık eti, hindi et; hatta buğday gibi tahıllar ve taze meyve sebze için de yapılması mümkün… Bu da tarlaların yerini “besin fabrikalarının” almasıyla sonuçlanabilir.

 

Hayvanların klinik deneylerde kobay olarak kullanılmasına son

Bugün, ilaç şirketlerinin hayvanları klinik deneylerde kobay olarak kullanması, hayvan hakları örgütlerinden büyük tepki çekiyor. Öte yandan, yeni ilaçların insanlar üzerinde gizlice denenmesi de Afrika’da çok sayıda ölüme yol açmış bulunuyor.

 

 

 

İlaç şirketleri, klinik deneylerin erken aşamalarında deney hayvanları kullanıyor ve son aşamada, yeni ilaçları insanlar üzerinde test ediyor. Gönüllü katılıma dayalı bu sistem, yoksul gençlerin suiistimal edilmesine, bazı durumlarda ise sakatlanma ve ölüme yol açıyor.

Son zamanlarda, bütün bu sorunların önüne geçmek isteyen araştırmacılar, iki boyutlu hücre kültürleri kullanarak klinik deneyler yapmaya başladılar. 2B hücre kültürleri klinik deneylerde kobay kullanma ihtiyacını azalttı. Ancak, iki boyutlu test kapları, ilaçların insan vücudunda dağılımını test etmeye yeterli değil.

 

Biyoprinterların bu problemi ortadan kaldırması bekleniyor… Biyoprinterlarla basılan üç boyutlu insan dokularının, bir gün klinik deneylerde insan kullanma ihtiyacını ortadan kaldıracağı düşünülüyor.

 

Biyoprinterlar, yıllık Ar-Ge bütçesi 30 milyar doları aşan ilaç sektörünü de krizden kurtaracak. Nitekim Amerikan ilaç sektörü, Ar-Ge harcamalarının yatırım getirisini artırmak amacıyla, jenerik ilaçların Afrika ve dünyanın diğer kesimlerinde kullanılmasını yasaklayan uluslararası ACTA anlaşmasının taslağını hazırlamıştı (Aslında müzik yapımcıları, Hollywood film yapımcıları ve büyük yazılım geliştiriciler ilaç şirketleriyle birlikte hükümetleri ACTA’yı imzalamaya zorladılar).

 

Bu iş deney hayvanlarıyla olmaz: Amerikan ilaç şirketleri aslında 2005’te iflas etti

İlaç geliştirme maliyetleri altında ezilen ilaç şirketleri, 2000’lerin ilk yarısına kadar Kuş Gribi ve diğer abartılmış salgın hastalık haberlerini kullanarak satışlarını artırmaya çalıştılar ama deniz çabuk bitti. İçinde bulundukları krizden çıkmak için yeni arayışlara yönelen Amerikan ilaç şirketleri, bu kez de ACTA anlaşması için kulis yaptı.

 

ACTA anlaşması nedeniyle, Afrika ülkelerinin orijinal ilaçlar piyasaya çıktıktan birkaç yıl sonra, bu ilaçların isimsiz (no name) jenerik versiyonlarını üretmesi veya ithal etmesi yasaklandı. Bu nedenle, Afrika’da son yıllarda AIDS yüzünden milyonlarca genç hayatını kaybetti. 3B printerla basılan insan dokuları üzerinde yapılan deneyler, bu vahşetin önüne geçilmesini sağlayabilir.

 

Yalnızca bu da değil… Klinik deneylerde insanlar üzerinde test yapılmaması ve kobay hayvan kullanımının azaltılması, ilaç geliştirme maliyetlerini de azaltacaktır. Bu da şirketlerin “Alzheimer ilacı geliştirmek pahalı, hissedarlarımız istemiyor, Alzheimer ilacı geliştirmekten vazgeçtik” diyerek yan çizmesini engelleyebilir. Basına Alzheimer’la ilgili böyle bir açıklama yaptılar.

Bugün yeni bir ilaç geliştirmek 20 yıl sürüyor. 3B printerla basılan insan dokusu testlerinin süreci iki kat hızlandırmasıyla birlikte bu süreç 10 yıla inecek. Bu da daha çok insanın gelişmiş tedavilerden yararlanmasını sağlayarak hastalıklara bağlı ölümleri azaltacak. Birçok biyoteknoloji şirketi bu pazarın farkında ve Organova da bunlardan biri:

Organovo, Avustralya merkezli Invetech şirketiyle işbirliği yaparak, klinik deneyler için dünyanın ilk ticari amaçlı 3B biyoprinterını piyasaya sürdü: NovoGen MMX…

Pfizer ve United Therapeutics, Organovo’nun ilk müşterilerinden. Gerçi şirket diğer müşterilerini açıklamıyor ama ABD bu konuda büyük pazar; çünkü Amerika Birleşik Devletlerinde ilaçların eczaneler yerine dükkanlarda satıldığı OTC satış sistemi var (over the counter – tezgah üstü).

 

Biyoprinterla akciğer basmak için mıknatıs kullanmak

Dünya yörüngesinde aylarca kalan Uluslararası Uzay İstasyonu astronotlarından bildiğimiz gibi, ağırlıksız ortam insan vücuduna çok zararlıdır: Kaslar ve kemikler eriyor, kalbin kan pompalama kapasitesi düşüyor… Aylar sonra Dünya’ya dönen astronotlar hastaneye sedyeyle taşınıyor ve astronotlar yerçekimine alışana kadar, günlerce yerinden kalkamıyor.

 

Oysa yerçekimsiz ortam 3B printerla insan organı basmak için çok faydalı…

 

3B printerla organ basarken, kılcal kanallar içeren plastik kalıplar kullanarak bazı organların kan damarlarının sağlıklı gelişmesini sağlayabiliriz. Ancak, insan akciğerleri gibi sadece kan damarları değil, aynı zamanda kompleks bronşlar ve hava kanalları içeren bir organ söz konusu olduğunda, plastik damar kalıpları kullanmak yeterli olmuyor.

İnsan vücudunda böyle bir sorun yok. Bebekler ana karnında plasentada yüzüyor ve plasenta sıvısında asılı kalarak yerçekiminin organları deforme eden etkisinden korunuyor. Annenin rahminde gelişen bebeklerin organlarındaki kan damarları da bu neden son derece sağlıklı gelişiyor, organın her yerine ulaşarak hücreleri besliyor. 3B printerda basılan organlarda ise insan hücreleri dibe çöküyor ve bu da organı besleyecek kan damarlarının düzgün gelişmesini önlüyor.

Şimdi bu organları yerçekimsiz ortamda bastığımızı düşünelim. Yerçekimi olmadığı için 3B printer kabındaki insan hücreleri dibe çökmeyecek ve hücreler her yönde eşit hızla büyüyecektir. Uzay istasyonlarının içinde, havada asılı kalan su damlalarına baktığınızda bu böyledir: Su damlası küre veya küçük bir bilye şeklindedir. Banyodaki musluktan damlarken arkasında ince ve uzun bir kuyruk bulunan iribaş su damlaları gibi deforme olmamıştır.

 

Ama Dünya’da yerçekimi var!

Dünya’da yerçekimini yenmenin yollarından biri manyetik alanlar kullanmaktır. Kulağa garip gelen bir cümle; bunu biraz açıklayalım:

Elinize iki mıknatıs alır ve ikisinin güney veya kuzey kutbunu birbirine yakın tutarsanız, eş kutupların birbirini ittiğini göreceksiniz. Bunu anlamak için çocuğunuzun okul kalemliğindeki manyetik kapağın küçük mıknatıslarını kullanabilirsiniz.

 

 

Bilim adamları da bu yöntemi kullanarak, süper iletkenlerin oluşturduğu manyetik alanlar üzerinde giden ve havada asılı kalan trenler geliştirdiler. Bu trenler yalnızca manyetik alan gücüyle yerçekimini yenerek yerden birkaç santimetre yüksekte havada süzülüyor ve raylara temas ederek sürtünmediği için, normal bir trenden çok daha hızlı gidiyor (Bu teknolojiye “maglev” diyoruz > magnetic levitation). Kimyacı Glauco Souza da biyoprinterlar için buna benzer bir yöntem geliştirdi.

 

Hücrelerin içinde mikroskobik mıknatıslar

Souza bunun için akciğer hücrelerini besleyici sıvıyla dolu bir kaba yerleştirdi. Ardından hücre kültüründe manyetik alan oluşturarak hücrelerin sanki uzaydaki ağırlıksız ortam gibi havada asılı kalmasını sağladı. Böylece akciğer hücreleri, gerçek bir bebek vücudunda olduğu gibi, sağlıklı hava kanalları ve kanalcıkları (bronşlar ve bronşioller) geliştirmeye başladılar.

Bu sistem nanoteknoloji ile biyoteknolojiyi birleştiriyor: Souza, test kabındaki her hücrenin içine mikroskobik boyutta bir mıknatıs yerleştirdi ve mıknatısların itici gücünün yardımıyla, hücrelerin besleyici sıvıda birbirine yapışmasını önleyerek, damarların gelişmesi için “sağlıklı bir üç boyutlu ağırlıksız ortam” oluşturmuş oldu.

 

Öyleyse bütün bunlardan nasıl bir sonuç çıkarabiliriz?

Bugüne kadar baş ağrısı ilaçlarıyla yetindik. Alzheimer’dan kansere kadar hemen hiçbir kalıtsal hastalığı geçekten tedavi edemedik. Kalıcı, kronik tedavi hem bizim hem ilaç şirketleri için bir rüyadan öteye gidemedi. Bugün eczaneden aldığımız ilaçların bir çoğu da sadece hastalıkların belirtilerini hafifletmeye yarıyor.

Kök hücre tedavisi işte bunu değiştirecek: Doku klonlama ve 3B organ basma teknolojilerinin birlikte kullanılmasıyla bu sorun da ortadan kalkacak.

Kanser ve kalp rahatsızlıkları gibi erken ölümlere yol açan hastalıkların ortadan kalkmasıyla birlikte, ortalama insan ömrünün 130 yıla ulaştığını göreceğiz. Bu artık ham hayal değil; yalnızca biraz daha beklememiz gerekiyor :).

 

Biyoprinterlar

 

 

 

“Fire in the Blood” Afrika’da milyonlarca kişi Amerikan şirketlerinin jenerik ilaçlara patent yasağı getirmesi yüzünden öldü.