15. Hafta
Proteinler, büyüme faktörleri, hücreler ve/veya fizyolojik ortama uyumlu ve hücre çoğalması/farklılaşması için gerekli olan biyomoleküllerin bir arada bulunduğu bileşene bioink adı veriliyor.
Konuya hızlıca giriş yaparsak eğer, bioink hücre içersin veya içermesin, biyouyumlu olmak zorunda. Bu sebepten dolayı bioink bileşiminde kullanılan malzemeler, 3D bioprinting sonrasında uygulanacak işlemler (post-bioprinting) esnasında dahi toksik etki göstermemeli. Buna ilave olarak bioink, 3D obje üretimi için gerekli olan fizikokimyasal özelliklere (viskozite gibi) sahip olmalı. Bu özelliklerin hepsi, teker teker veya bir arada, hücre yaşayabilirliği için uygun bir ortam sunabiliyor olmalı.
Şimdi, tanımları biraz daha temel bilgi düzeyine geçirelim. Doku mühendisliği önceki yazılardan bildiğimiz üzere birden fazla disiplinin bir arada çalışmasıyla oluşmuş bir alan. Bunlardan en temel 2 tanesi de biyoloji ve kimya (veya biyokimya da diyebiliriz). Biyokimyanın da en temel konularından birisi biyolojik polimerler.
Biyolojik polimerler için kısaca, vücudumuzda bildiğimiz neredeyse her türlü dokunun temel yapı taşı diyebiliriz. Bu sebepten dolayı işte biyolojik polimerler (doğal polimerler) 3D bioprinting için, ve haliyle bioink geliştirmek için en önemli bileşen konumunda.
Polimer: 100’den fazla monomerik birimin kovalent bağlar aracılığıyla birleşerek oluşturduğu büyük zincirli yapılar.
Monomer: Organik bileşikleri oluşturan küçük birimler, yapı taşları.
Örnek olarak amino asitler (monomer) bir araya gelerek proteinleri (polimer) oluşturur. Glikoz gibi monosakkarid (monomer) birimleri bir araya gelerek polisakkaridleri (polimer) oluşturur.
Bioink geliştirmek için de şu an yaygın şekilde kullanılan polimerleri 3 ana başlık altında toplayabiliriz. Bunlar;
- Biyolojik polimerler
- Sentetik polimerler
- Hibrit polimerler / polimerik karışımlar
Biyolojik polimerler
Bu grupta yer alan polimerler, canlı organizmalar tarafından üretilen biyopolimerlerdir (bazı biyolojik polimerler laboratuvar ortamında da üretilebiliyor). Bazı istisnalar dışında peptid ve proteinler, polisakkaridler, polinükleotid ve hücreler arası ortam 3D bioprinting için bioink geliştirme çalışmalarında yaygın biçimde kullanılan biyolojik polimer çeşitleridir. Hücre yaşayabilirliği bioink bileşiminde biyopolimerler tarafından sağlanıyor. Ancak kolay bozunabilir yapıları en büyük dezavantajlarını oluşturuyor.
Sentetik polimerler
Sentetik polimerlerin medikal alanda kullanımı 2. Dünya Savaşı dönemine dayanıyor. Biyobozunabilir özellikte sentetik polimerlerin kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte in vivo toksisite çalışmaları hız kazanmış, buna bağlı olarak da 3D bioprinting çalışmalarında kullanılabilecek polimer sayısı artmaya başlamıştır. Bioink geliştirmesinde sentetik polimerler, biyouyumluluğun arttırılması amacıyla genellikle modifiye edilerek kullanılıyor. Yüksek yapısal mukavemet ve uygun basılabilirlik özellikleri sağlayabiliyor olmaları en büyük avantajları.
Polimerik karışımlar
Bioink hazırlanmasında biyopolimerler biyouyumluluk anlamında yüksek bir avantaja sahip olsa da bioink hazırlama tekniklerinin çoğunlukla yüksek sıcaklık veya basınç gerektiriyor olması, proteinlerin çoğunun kolayca degradasyona uğraması (bozunması) veya işlevini kaybetmesine sebep oluyor. Polisakkaridler ise hücre tutunmasını sağlayacak çeşitli aminoasit dizilerini yapılarında barındırmamaları sebebiyle tek başına bioink geliştirilmesinde kullanılamıyor çoğu zaman. Ayrıca biyopolimerlerin tek başına kullanımında, 3D bioprinting işleminde uygun basılabilirlik özellikleri (uygun sıcaklıkta uygun viskozite özellikleri gibi) sunamıyor olmasıyla birlikte, 3D bioprinting sonrasında yapısal mukavemet kazanabilmesi amacıyla ilave kimyasal işlemlere ihtiyaç duyması önemli birer dezavantaj olarak göze çarpıyor.
Bu sebeplerden dolayı biyouyumluluğu arttıracak bir biyopolimerin yanına, geliştirilen bioinkin çeşitli uygun fizikokimyasal niteliklere (uygun basınç ve sıcaklıkta uygun viskozite gibi) sahip olmasını sağlayacak ilave bir sentetik polimer kullanımı 3D bioprinting uygulamalarında oldukça yaygın.
Geliştirilen bir bioink örneğinin sahip olması gereken özellikler
- Hücre – hücre ve hücre – bioink etkileşimine elverişli olmalı,
- Hücre kültürü ortamındaki bileşenlerin hücrelere ulaşabilmesini sağlayarak doku oluşumuna önayak olmalı,
- Bozunabilir olmalı ve hücrelerin farklılaşma ve çoğalmalarına izin vererek hücreler arası ortam üretimine uygun bir ortam sağlamaları,
- Kullanılan bioink bileşenleri ve çapraz bağlayıcı ajanlar toksik etki göstermemeli,
- Hedeflenen doku yapısının bioprinter ile oluşturulabilmesine imkan verecek fizikokimyasal özelliklere sahip olmalı.
Bu özelliklere sahip olacak şekilde hazırlanan bioink, 3D bioprinting uygulamalarında yaygın olarak hidrojel formunda kullanılmakta. Yüksek şişme kapasitesi, poröz yapıları sebebiyle yüksek geçirgenlikleri, kolay hazırlanabiliyor olmaları ve 3D bioprinter ile kullanıma uygun viskozite özelliklerinin kolayca ayarlanabilmesi gibi çeşitli fizikokimyasal özelliklerinden dolayı hidrojeller bioink geliştirilmesinde en çok tercih edilen bioink formudur.
Kaynaklar ve ileri okuma
- S. V Murphy, A. Atala, 3D bioprinting of tissues and organs, Nat. Biotechnol. 32 (2014) 773–785. doi:10.1038/nbt.2958
- S.K. Williams, J.B. Hoying, Bioinks for Bioprinting, in: Bioprinting Regen. Med., 2015: pp. 1–31. doi:10.1007/978–3–319–21386–6_1
- Z. Zhang, O. Ortiz, R. Goyal, J. Kohn, Biodegradable Polymers, in: Princ. Tissue Eng., Elsevier, 2014: pp. 441–473. doi:10.1016/B978–0–12–398358–9.00023–9
- M. Gomes, H. Azevedo, P. Malafaya, S. Silva, J. Oliveira, G. Silva, R. Sousa, J. Mano, R. Reis, Natural Polymers in tissue engineering applications, in: Tissue Eng., Elsevier, 2008: pp. 145–192. doi:10.1016/B978–0–12–370869–4.00006–9
- I.T. Ozbolat, The Bioink, in: 3D Bioprinting, Elsevier, 2017: pp. 41–92. doi:10.1016/B978–0–12–803010–3.00003–2
- K. Hölzl, S. Lin, L. Tytgat, S. Van Vlierberghe, L. Gu, A. Ovsianikov, Bioink properties before, during and after 3D bioprinting, Biofabrication. 8 (2016) 032002. doi:10.1088/1758–5090/8/3/032002
- David Williams, Patrick Thayer, Hector Martinez, Erik Gatenholm, Ali Khademhosseini, A perspective on the physical, mechanical and biological specifications of bioinks and the development of functional tissues in 3D bioprinting, Bioprinting, Volume 9, 2018, Pages 19–36,
https://doi.org/10.1016/j.bprint.2018.02.003
52HaftaBilim 
Bir Cevap Yazın