Doku Mühendisliği Nedir?

Doku mühendisliğinde biyolojik dokuyu değiştirmek için hücreler kullanılır.

İnsan vücudunun doku ve organları yenileme yeteneği son derece yetersizdir ve doğuştan gelen kusurlar, hastalıklar ve ani travmalar gibi nedenlerle insan doku ve organlarını kolayca kaybedebilir. Doku öldüğünde (dokunun ölmesi durumuna nekroz denir), hayata geri döndürülemez; çıkarılmaz veya onarılmazsa çevredeki doku, organlar, kemik ve deri gibi vücudun diğer bölgelerini etkileyebilir.

Doku mühendisliğinin kullanıldığı yer burasıdır. Biyomateryal (vücudun hücreler ve aktif moleküller gibi biyolojik sistemleriyle etkileşime giren madde) kullanılarak, hasarlı insan doku ve organlarının yenilenmesine, onarılmasına veya değiştirilmesine yardımcı olmak için fonksiyonel dokular oluşturulabilir.

Kısa Tarihçesi

Doku mühendisliği, çok yakın tarihte yani 1980’lerde başlayan araştırmalarla, nispeten yeni bir tıp alanıdır. Yuan-Cheng Fung adlı Amerikalı bir biyomühendis ve bilim insanı, canlı dokulara tahsis edilecek bir araştırma merkezi için Ulusal Bilim Vakfı’na (NSF) bir teklif sundu. Fung, insan dokusu kavramını aldı ve onu hücreler ve organlar arasındaki herhangi bir canlı organizmaya uygulamak için genişletti.

Bu öneriye dayanarak NSF, yeni bir bilimsel araştırma alanı oluşturma amacıyla “doku mühendisliği” terimini ekledi. Daha sonra Doku Mühendisliği ve Rejeneratif Tıp Uluslararası Topluluğu (TERMIS), Doku Mühendisliği Derneği’nin (TES) kurulmasının önünü açtı.

TERMIS, doku mühendisliği ve rejeneratif tıp alanında hem eğitimi hem de araştırmayı teşvik eder. Rejeneratif tıp hem doku mühendisliğine hem de insan vücudunun doku, organlar ve insan hücrelerine normal işlevini geri kazandırmak için kendi kendini iyileştirme yeteneğine odaklanan daha geniş bir alanı ifade eder.

Amacı

Doku mühendisliğinin tıpta ve araştırmada birkaç temel işlevi vardır: Kemik onarımı (kalsifiye doku), kıkırdak dokusu, kalp dokusu, pankreas dokusu ve vasküler doku dahil olmak üzere doku veya organ onarımına yardımcı olmak. Doku mühendisliği ayrıca kök hücre davranışı üzerine araştırmalar yürütür. Kök hücreler birçok farklı hücre tipine dönüşebilir ve vücudun onarım bölgelerine yardımcı olabilir.

Doku mühendisliği alanı, araştırmacıların kanser ve kalp hastalığı gibi çeşitli hastalıkları incelemek için modeller oluşturmasını sağlar.

Doku mühendisliğinin üç boyutlu doğası, tümör mimarisinin daha doğru bir ortamda çalışılmasına olanak tanır. Doku mühendisliği ayrıca bu hastalıklar üzerinde yeni olağan ilaçları test etmek için bir ortam sağlar.

Nasıl Çalışır?

Doku mühendisliği süreci karmaşıktır. Vücuttaki bir doku veya organı onarmaya, değiştirmeye ve yenilemeye yardımcı olmak için üç boyutlu işlevsel bir doku oluşturmayı içerir. Bunu yapmak için hücreler ve biyomoleküller taşıyıcı iskelelerle birleştirilir.

İskeleler, gerçek organları (böbrek veya karaciğer vb.) taklit eden yapay veya doğal yapılardır. Doku, değiştirilmesi gereken biyolojik süreci veya yapıyı taklit etmek için bu iskeleler üzerinde büyür. Bunlar birlikte inşa edildiğinde, eski dokunun hasar görmediği veya hastalanmadığı zamanki durumunu kopyalamak için yeni doku tasarlanır.

İskeleler, Hücreler ve Biyomoleküller

Normalde vücuttaki hücreler tarafından oluşturulan yapı iskeleleri; vücuttaki proteinler, insan yapımı plastikler gibi kaynaklardan veya bir donör organı gibi mevcut bir yapı iskelesinden oluşturulabilir. Bir donör organ söz konusu olduğunda, yapı iskelesi, hastanın bağışıklık sistemi tarafından reddedilme olasılığı yüksek olan özelleştirilebilir organlar veya dokular oluşturmak için hastadan alınan hücrelerle birleştirilecektir.

Nasıl oluştuğundan bağımsız olarak, vücuttaki hücre fonksiyonlarını desteklemeye ve optimize etmeye yardımcı olan hücrelere mesajlar gönderen yapı bu iskele yapısıdır.

Doğru hücreleri seçmek, doku mühendisliğinin önemli bir parçasıdır. İki ana kök hücre türü vardır.

Embriyonik Kök Hücreler: Embriyolardan, genellikle in vitro (vücut dışında) döllenmiş yumurtalardan kaynaklanır.

Yetişkin Kök Hücreler: Vücutta normal hücreler arasında bulunurlar; ölmekte olan hücreleri ve dokuları yenilemek için hücre bölünmesiyle çoğalabilirler.

Şu anda pluripotent kök hücreler (embriyonik kök hücreler gibi davranmaya teşvik edilen yetişkin kök hücreler) üzerinde de birçok araştırma yürütülmektedir. Teorik olarak, sınırsız bir pluripotent kök hücre kaynağı vardır ve bunların kullanımı insan embriyolarının yok edilmesini gerektirmez (bu da etik bir soruna neden olur). Aslında, Nobel Ödüllü araştırmacılar, pluripotent kök hücreler ve kullanımları hakkındaki bulgularını yayınladılar.

Genel olarak, biyomoleküller dört ana sınıf içerir (ikincil sınıflar da vardır): Karbonhidratlar, lipitler, proteinler ve nükleik asitler. Bu biyomoleküller, hücre yapısını ve işlevini oluşturmaya yardımcı olur. Karbonhidratlar, beyin ve kalp gibi organların yanı sıra sindirim ve bağışıklık sistemleri gibi sistemlerin çalışmasına yardımcı olur.

Proteinler, mikroplara karşı antikorların yanı sıra yapısal destek ve vücudun hareket etmesini sağlar. Nükleik asitler, hücrelere genetik bilgiyi veren DNA ve RNA’yı içerir.

Tıp Alanında Kullanımı

Doku mühendisliği, hasta bakımı veya tedavisi için yaygın olarak kullanılmamaktadır. Hastalarda cilt greftlerinde (deri greftleme, deri naklini içeren bir tür cerrahi işlemdir), kıkırdak onarımında, küçük arterlerde ve mesanelerde doku mühendisliğini kullanan birkaç vaka olmuştur. Bununla birlikte, kalp, akciğer ve karaciğer gibi doku mühendisliği yapılmış daha büyük organlar henüz hastalarda kullanılmamıştır (her ne kadar laboratuvarlarda oluşturulmuş olsalar da).

Hastalarda doku mühendisliği uygulamalarının kullanılmasının risk faktörü bir yana, prosedürler de son derece maliyetlidir. Doku mühendisliği, tıbbi araştırmalar söz konusu olduğunda, özellikle de yeni ilaç formüllerini test ederken faydalıdır.

Vücut dışındaki bir ortamda canlı, işleyen doku kullanmak, araştırmacıların kişiselleştirilmiş tıpta kazanç elde etmelerine yardımcı olur.

Kişiselleştirilmiş tıp, bazı ilaçların genetik yapılarına göre belirli hastalarda daha iyi çalışıp çalışmadığını belirlemeye yardımcı olur ve ayrıca geliştirme ve hayvanlar üzerinde test etme maliyetlerini azaltır.

Örnekleri

Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü tarafından yürütülen yeni bir doku mühendisliği örneği, daha sonra bir fareye implante edilen bir insan karaciğer dokusunun mühendisliğini içerir. Fare kendi karaciğerini kullandığından, insan karaciğer dokusu ilaçları metabolize ederek, insanların fare içindeki belirli ilaçlara nasıl tepki vereceğini taklit eder. Bu, araştırmacıların belirli bir ilaçla hangi olası ilaç etkileşimlerinin olabileceğini görmelerine yardımcı olur.

Yerleşik bir ağ ile doku tasarlamak amacıyla araştırmacılar, şeker çözeltisinden vasküler benzeri bir ağ oluşturacak bir yazıcıyı test ediyorlar. Çözüm, insan yapımı kanallardan geçerek sürece kan eklenene kadar tasarlanmış dokuda oluşacak ve sertleşecektir.

Son olarak hastanın kendi hücreleri kullanılarak böbreklerinin yenilenmesi de enstitünün bir başka projesidir. Araştırmacılar, yeni böbrek dokusu oluşturmak için donör organlardan alınan hücreleri biyomoleküller ve bir kollajen yapı iskelesi (donör organdan) ile birleştirmek için kullandılar.

Bu organ dokusu daha sonra farelerin hem dışında hem de içinde işlev (besinleri emme ve idrar üretme gibi) açısından test edildi. Doku mühendisliğinin bu alanındaki ilerleme (kalp, karaciğer ve akciğerler gibi organlar için de benzer şekilde çalışabilir), organ nakli hastalarında bağışıklığın baskılanmasıyla ilişkili hastalıkları azaltmanın yanı sıra donör kıtlığına yardımcı olabilir.

Kanserle İlişkisi

Metastatik tümör büyümesi, kanserin önde gelen ölüm nedeni olmasının nedenlerinden biridir. Doku mühendisliğinden önce, tümör ortamları yalnızca vücut dışında 2 boyutlu biçimde oluşturulabiliyordu. Şimdi, üç boyutlu ortamların yanı sıra belirli biyomalzemelerin (kollajen gibi) geliştirilmesi ve kullanılması, araştırmacıların hücrelerdeki belirli kimyasal bileşimler değiştiğinde hastalığa ne olduğunu görmek için bir tümörün ortamını belirli hücrelerin mikro ortamına kadar incelemelerine olanak tanıyor.

Bu şekilde doku mühendisliği, araştırmacıların hem kanserin ilerlemesini hem de belirli terapötik yaklaşımların aynı kanser türüne sahip hastalar üzerindeki etkilerini anlamalarına yardımcı olur.

Doku mühendisliği yoluyla kanser araştırmalarında ilerleme kaydedilmiş olsa bile, tümör büyümesi sıklıkla yeni kan damarlarının oluşmasına neden olabilir. Bu, doku mühendisliğinin kanser araştırmalarında yaptığı ilerlemelere rağmen, yalnızca tasarlanmış dokunun canlı bir organizmaya implante edilmesiyle ortadan kaldırılabilecek sınırlamalar olabileceği anlamına gelir.

Bununla birlikte, kanser söz konusu olduğunda, doku mühendisliği bu tümörlerin nasıl oluştuğunu, normal hücre etkileşimlerinin nasıl olması gerektiğini ve ayrıca kanser hücrelerinin nasıl büyüdüğünü ve metastaz yaptığını belirlemeye yardımcı olabilir. Bu, araştırmacıların tüm organ veya vücudun aksine yalnızca kanser hücrelerini etkileyecek ilaçları test etmelerine yardımcı olur. ^[1]Overview of Tissue Engineering^[2]Öne çıkarılan görsel

[cite]