Feinberg laboratuvarı, yumuşak canlı hücre ve dokuların basılmasına olanak tanıyan yenilikçi FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels) 3D biyobasım tekniğiyle, tamamen kolajenden oluşan ilk mikro-fizyolojik sistemi (veya doku modelini) geliştirdi.
Kolajen, cildimizin temel bileşeni olarak bilinse de, vücudumuzdaki en bol protein olarak neredeyse tüm doku ve organlara yapı ve destek sağlayan kritik bir maddedir. Bu yeni sistem, araştırmacıların hastalıkları inceleme ve Tip 1 diyabet gibi tedaviler için doku üretme yöntemlerinde büyük bir sıçrama anlamına geliyor.
Geleneksel olarak, insan fizyolojisini taklit eden küçük doku modelleri — mikroakışkanlar, organ-on-chip veya mikro-fizyolojik sistemler — silikon kauçuk veya plastik gibi sentetik malzemelerle yapılmaktaydı. Ancak bu malzemeler vücuda yabancı olduğundan normal biyolojiyi tam anlamıyla yeniden oluşturamıyor, bu da kullanım ve uygulama alanlarını sınırlıyordu.
“Artık Petri kabında tamamen kolajen, hücreler ve diğer proteinlerden oluşan mikroakışkan sistemler inşa edebiliyoruz; üstelik eşi benzeri görülmemiş bir yapısal çözünürlük ve doğrulukla,” diye açıkladı biyomedikal mühendisliği ve malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Adam Feinberg. “En önemlisi, bu modeller tamamen biyolojik olduğu için hücreler daha iyi işlev görüyor. FRESH biyobasımındaki bu ilerleme, 2019 yılında Science dergisinde yayımladığımız araştırmanın üzerine inşa edildi ve çözünürlüğü ile kaliteyi artırarak yaklaşık 100 mikron çapında kan damarlarına benzeyen küçük akışkan kanalları yaratmamızı sağladı. Bir referans noktası olarak, insan saçı yaklaşık 100 mikron çapındadır; yani neredeyse kılcal damar ölçeğinde son derece küçük detaylar üretebiliyoruz. Bu karmaşık yapıyı yeniden oluşturarak, farklı organ ve hastalık tiplerini taklit eden dokular inşa etmemize olanak tanıyor.”
Yeni araştırmada, Science Advances dergisinde yayımlanan çalışmada, ekip bu FRESH biyobasım tekniğindeki gelişimi kullanarak tamamen biyolojik materyallerden daha karmaşık damarlanmış dokular inşa ediyor ve bu sayede gelecekte Tip 1 diyabetin tedavisinde kullanılabilecek pankreasa benzer bir doku oluşturuyor.
Daniel Shiwarski, Pittsburgh Üniversitesi’nde biyo-mühendislik yardımcı doçenti ve daha önce Feinberg laboratuvarında doktora sonrası araştırmacısı; “Tek adımlı biyobasım üretim sürecini uygulayarak, çözünürlüğü ve baskı doğruluğu bugüne kadar bilinen tüm biyobasım yaklaşımlarını aşan, kolajen bazlı geçirgen CHIPS (Çipler) ürettik. Ayrıca, ECM proteinleri, büyüme faktörleri ve hücre yüklü biyo-mürekkeplerin çok malzemeli 3D biyobasımı ile özel bir biyoreaktör platformuna entegrasyonu sayesinde, santimetre ölçeğinde glukozla uyarılmış insülin salınımı yapabilen, pankreasa benzer bir doku yapısı oluşturabildik; bu da mevcut organoid tabanlı yaklaşımların ötesine geçiyor.”
“Bu teknolojileri geliştirirken ekip çalışmasına dayalı bilimin önemini ve biyolojiden malzeme bilimine kadar değişen uzmanlıkların projeye ve topluma olan etkimize sağladığı katkının değerini herkesin anlaması büyük önem taşıyor,” diye ekledi Feinberg.
“Bundan sonra soru artık ‘bunu inşa edebilir miyiz?’ değil; ‘ne inşa etmeliyiz?’ sorusu olacak. Bugün yaptığımız iş, bu gelişmiş üretim yeteneğini hesaplamalı modelleme ve makine öğrenmesiyle birleştirmek, böylece neyi basmamız gerektiğini daha iyi anlayabilmeyi umuyoruz. Nihai hedefimiz, dokunun hedef hastalığı daha iyi taklit etmesi ya da uygun işlevi göstermesi; böylece tedavi olarak vücuda yerleştirildiğinde tam olarak istediğimiz şeyi yapmasıdır.”
Feinberg ve çalışma arkadaşları, araştırma topluluğunun bu teknolojiyi geniş çapta benimseyebilmesi için açık kaynaklı tasarımlar ve diğer teknolojileri paylaşmaya kararlılar. “Umarız ki çok hızlı bir şekilde, neredeyse hemen, dünyadaki diğer laboratuvarlar bu yeteneği benimseyip farklı hastalık ve doku alanlarına genişletebilir,” dedi Feinberg. “Bunu daha karmaşık ve damarlanmış doku sistemleri oluşturmak için temel bir platform olarak görüyoruz ve bu yaklaşımın geniş uygulama alanları var.”
Yazı kaynağı Sara Pecchia aittir
Gündemden Gelişmeleri Güncel Takip Edebilmek İçin BIOSSCOPE