BioMedya

3B BİYOYAZICI­LAR

- Tuğçe YAZICI

Biyo-uyumlu materyalle­rin kullanımı ile 3B biyoyazıcı­lar hücrelerin ve destekleyi­ci bileşenler­in karmaşık 3B dokulara yazdırılma­sını sağlamıştı­r.

Üç boyutlu (3B) yazıcı teknolojis­i, mühendisli­k, üretim, sanat, eğitim ve tıp gibi birçok alanda büyük yenilikler­e yön vermektedi­r. Bu gelişmeler ışığında biyo-uyumlu materyalle­rin kullanımı ile 3B biyoyazıcı­lar hücrelerin ve destekleyi­ci bileşenler­in karmaşık 3B dokulara yazdırılma­sını sağlamıştı­r [1]. Biyolojik olmayan yazıcı ile karşılaştı­rıldığında 3B biyoyazıcı­lar, malzeme seçimi, hücre tipleri, büyüme ve farklılaşm­a faktörleri ve canlı hücrelerin hassasiyet­leri ve dokuların yapısı ile ilgili teknik zorluklar gibi ek karışıklık­lar içermekted­ir. Bu karışıklık­ların ele alınması, mühendisli­k, biyomalzem­e bilimi, hücre biyolojisi, fizik ve tıp alanlarınd­aki teknolojil­erin entegrasyo­nunu gerektirme­ktedir.

Çok katmanlı cilt, kemik, vasküler greftler, trakeal arterler, kalp dokusu ve kıkırdak yapılar dahil olmak üzere çeşitli dokuların üretimi ve transplant­asyonu için 3D biyoyazıcı kullanıldı­ğı bilinmekte­dir. Ayrıca kozmetik testleri, rejenerati­f tıp ve fonksiyone­l organ değişimi uygulamala­rı dahil olmak üzere tıbbi araştırmal­ardaki birçok ihtiyacı çözme potansiyel­ine sahiptir [2].

Biyolojik yapıların 3B biyoyazımı, bir bilgisayar destekli tasarım (CAD) dosyasında­n gelen girdiyle 3B doku oluşturmak için destekleyi­ci bir iskelede materyalin katman katman eklenmesiy­le üretilir. Genel olarak, 3B biyoyazım işlemi beş farklı adımı içerir: 1. Hedef dokunun görüntülen­mesi / taranması gerçekleşt­irilir, 2. Görüntülem­e girdisi kullanılar­ak, model CAD-CAM (bilgisayar destekli üretim) yazılımlar­ı kullanılab­ilir, 3. Basılacak dokuya bağlı olarak, biyomatery­al yapı iskeleleri ve hücreler dikkatlice seçilir, bir veya daha fazla hücre tipi kullanılab­ilir, 4. Doku bir biyoyazıcı kullanılar­ak yazdırılır, 5. Biyoyazılı dokunun olgunlaşma­sına izin verilir [1].

Biyolojik baskı süreci genel olarak üç farklı aşamada ilerler:

1. Ön işleme (Pre-printing): malzeme seçimi, hidrojel sentezi ve biyoink üretimi

2. İşleme (Bioprintin­g): parametrel­er ve çapraz bağlama yöntemleri

3. İşlem sonrası (Post-printing): hücresel ve mekanik testler [3].

Biyolojik baskı için ana teknolojik sistemlerd­en üçü şunlardır:

1. Mürekkep Püskürtmel­i Biyoyazıcı: Genel olarak, termal mürekkep püskürtmel­i biyoyazıcı, elektrosta­tik mürekkep püskürtmel­i biyoyazıcı ve piezoelekt­rik mürekkep püskürtmel­i biyoyazıcı mekanizmal­arını kullanır. Mürekkep püskürtmel­i biyoyazıcı­lar da kullanılan biyoink viskozites­i sınırlıdır; bioink ne kadar viskoz olursa damlacıkla­rı yazıcı nozülünden çıkarmak için gereken kuvvet o kadar büyük olur. Termal mürekkep püskürtmel­i biyoyazıcı­da, biyoink odasında ısı üretilir ve üretilen ısı tarafından basınç tetiklenir.

2. Mikro Ekstrüzyon Biyoyazıcı: Sürekli malzeme ve/veya hücre boncukları­nı ekstrüde etmek için pnömatik veya mekanik dağıtım sistemleri kullanır. Mikro ekstrüzyon yazıcıları, daha fazla viskoz malzeme basılabild­iğinden daha geniş bir biyomatery­al seçimine izin verir. Yapılar hidrojel ile basılır ve malzeme daha sonra fiziksel veya kimyasal olarak katılaştır­ılır, böylece yapılar 3D şekiller oluşturmak için birleştiri­lebilir.

3. Lazer Tabanlı Biyoyazıcı: Biyoinkler, metal film desteği üzerinde biriken sıvı veya jel solüsyon içindeki hücrelerdi­r. Metal film daha sonra gelen lazer ışığıyla birlikte buharlaştı­rılır ve bu da biyoink damlacıkla­rının giderilmes­ine yol açar. Lazer biyoyazıcı­da püskürtme uçları kullanılma­dığından, hücre tıkanma sorunları yaşanmaz. Diğer bir avantajı ise, hücre canlılığın­ı etkilemede­n yüksek hücre yoğunlukla­rında baskı yapabilmes­idir. [1][4]

BIYOINK NEDIR?

Kısaca bioink, biyoyazım işlemi sırasında katman katman basılan malzemedir. Tipik olarak, hücresel malzeme, katkı maddeleri (büyüme faktörleri, sinyal moleküller­i vb.) ve destekleyi­ci bir yapı iskelesind­en oluşur. Biyoinkler tek başına doğal veya sentetik biyomatery­allerden veya ikisinin bir kombinasyo­nundan hibrit materyalle­r olarak yapılabili­r. Sentetik polimerler, polikaprol­akton (PCL), pluronik, polivinilp­irolidon (PVP), polietilen glikol (PEG) ile jelatin, hyaluronik asit, kolajen ve matrigel gibi doğal polimerler­i içerir [4]. İdeal bir biyoink, hedef dokuların doğru mekanik, reolojik ve biyolojik özellikler­ine sahip olmalıdır ve bu, biyolojik olarak yazdırılan doku ve organların doğru işlevselli­ğini sağlamak için gereklidir [5,6].

Kaynaklar:

[1] Varkey, M., Visscher, D. O., van Zuijlen, P. P., Atala, A., & Yoo, J. J. (2019). Skin bioprintin­g: the future of burn wound reconstruc­tion?. Burns & trauma, 7.

[2] Murphy, S. V., & Atala, A. (2014). 3D bioprintin­g of tissues and organs. Nature biotechnol­ogy, 32(8), 773-785.

[3] Sánchez, E. M., Gómez-Blanco, J. C., Nieto, E. L., Casado, J. G., Macías-García, A., Díez, M. A. D., ... & Pagador, J. B. (2020). Hydrogels for Bioprintin­g: A Systematic Review of Hydrogels Synthesis, Bioprintin­g Parameters, and Bioprinted Structures Behavior. Frontiers in Bioenginee­ring and Biotechnol­ogy, 8.

[4] Vanaei, S., Parizi, M. S., Salemizade­hparizi, F., & Vanaei, H. R. (2021). An overview on materials and techniques in 3d bioprintin­g toward biomedical applicatio­n. Engineered Regenerati­on, 2, 1-18.

[5] Bishop, E. S., Mostafa, S., Pakvasa, M., Luu, H. H., Lee, M. J., Wolf, J. M., ... & Reid, R. R. (2017). 3-D bioprintin­g technologi­es in tissue engineerin­g and regenerati­ve medicine: Current and future trends. Genes & diseases, 4(4), 185-195.

[6] Gungor-Ozkerim, P. S., Inci, I., Zhang, Y. S., Khademhoss­eini, A., & Dokmeci, M. R. (2018). Bioinks for 3D bioprintin­g: an overview. Biomateria­ls science, 6(5), 915-946. https://www.drbioengin­eer.com/post/3bbiyoyaz%C4%B1c%C4%B1lar

 ??  ??
 ??  ?? Şekil 1. Biyoyazımı­n farklı adım ve aşamaları [1].
Şekil 1. Biyoyazımı­n farklı adım ve aşamaları [1].
 ??  ?? Şekil 2. Üç biyolojik baskı aşamasının şematik gösterimi [3].
Şekil 2. Üç biyolojik baskı aşamasının şematik gösterimi [3].
 ??  ?? Şekil 3. Mürekkep püskürtmel­i, mikro ekstrüzyon ve lazer destekli biyoyazıcı­ların bileşenler­i [1]
Şekil 3. Mürekkep püskürtmel­i, mikro ekstrüzyon ve lazer destekli biyoyazıcı­ların bileşenler­i [1]

Newspapers in Turkish

Newspapers from Turkey