Bilim, kanı Bilim insanları kanı 3 boyutlu yazdırılmış kemik onarım malzemesine dönüştürüyor.

Bir kesik veya kırık yaşadığınızda, vücudunuz harekete geçerek sıvı kanı kanamayı durduran ve iyileşme sürecini başlatan katı bir pıhtıya dönüştürür. Rejeneratif hematom (RH) adı verilen bu pıhtı, dokuların onarımını düzenleyen hücreler ve proteinlerle doludur. RH’nin ilk oluşumu kritiktir — hücrelerin toplanabileceği bir iskele sağlar ve yeni doku ve kan damarlarının oluşumunu destekler.

Soraya Padilla-Lopategui ve Londra Queen Mary Üniversitesi ve Nottingham Üniversitesi’ndeki ekibi bu mekanizmayı kullanmak istedi. Temel olarak, hastanın kendi kanını kullanarak kırık kemiklerini onarmanın bir yolunu geliştirdiler.

Vücudun savunmalarını kullanma
Vücudumuz, rejeneratif hematom içeren karmaşık bir süreçle küçük yaralanmaları onarmak için doğal olarak donanımlıdır. Ve bu sadece bizde değil. Birçok memelinin de benzer mekanizmaları vardır, önemli olan bunu kontrollü bir şekilde tekrarlayabilmektir.

Bu atılımın özü, nanofiberlere kendi kendine monte olabilen ve biyouyumlu jeller oluşturmak için kan proteinleriyle etkileşime girebilen peptit amfifillerin (PA) kullanımında yatmaktadır. Araştırmacılar, bu PA’ları kanla harmanlayarak, yalnızca doğal RH’yi taklit etmekle kalmayıp aynı zamanda özelliklerini de geliştiren bir malzeme tasarlamayı başardılar.

Esasen bu PA’lar kanla karıştırıldığında kendi kendine bir araya gelir. Kandan gelen temel proteinleri, trombositleri ve büyüme faktörlerini içeren 3 boyutlu bir ağ oluştururlar. Böylece doğal RH’ye çok benzeyen bir yapı iskelesi oluşturur. Bu yapı, hücresel büyüme ve iyileşme için hayati önem taşıyan vasküler endotelyal büyüme faktörü ve trombosit kaynaklı büyüme faktörü gibi büyüme faktörlerinin sürekli bir kaynağını sağlar.

Nottingham Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği ve Biyomalzemeler Profesörü Alvaro Mata. “Yıllardır bilim insanları, doğal rejeneratif ortamı yeniden yaratmak için sentetik yaklaşımlara bakıyorlar ve bu, doğal karmaşıklığı göz önüne alındığında zor olduğu kanıtlandı. Burada, biyolojiyi yeniden yaratmak yerine onunla çalışmaya yönelik bir yaklaşım benimsedik. Bu “biyoişbirlikçi” yaklaşım, doğal iyileşme sürecinin mekanizmalarını kullanarak ve geliştirerek rejeneratif malzemeler geliştirmek için fırsatlar sunuyor. Başka bir deyişle, yaklaşımımız, rejeneratif malzemeler tasarlamak için üretim adımları olarak evrimleştiğimiz rejeneratif mekanizmaları kullanmayı amaçlıyor,” diyor

Teknolojiyi daha da heyecan verici hale getirmek için, kendi vücudunuza göre parçalarını ayarlayabilir ve kişiselleştirebilirsiniz.

Malzeme hastanın kendi kanını kullandığı için bağışıklık reddi riskini azaltır ve kişiselleştirilmiş implantlar oluşturma sürecini basitleştirir. Ekip, tam kan kullanarak sentetik malzemelerle sıklıkla gereken karmaşık işleme adımlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve bu yaklaşımı klinik kullanım için daha uygulanabilir hale getirir.

Nottingham Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nden ortak yazar Cosimo Ligorio. “İnsanların kanını kolayca ve güvenli bir şekilde yüksek oranda rejeneratif implantlara dönüştürme olasılığı gerçekten heyecan verici. Kan pratik olarak ücretsizdir ve hastalardan nispeten yüksek hacimlerde kolayca elde edilebilir. Amacımız, hastaların kanını hızla ve güvenli bir şekilde zengin, erişilebilir ve ayarlanabilir rejeneratif implantlara dönüştürmek için klinik bir ortamda kolayca erişilebilen ve kullanılabilen bir araç takımı oluşturmaktır,” diye ekledi

Araştırmacılar, laboratuvar çalışmalarına kan örneklerini 3D baskı yoluyla şekil ve yapı açısından özelleştirilebilen biyoişbirlikçi jellere dönüştürerek başladılar. Bu 3D baskının hızını ve basıncını kontrol ederek sağlam mekanik özelliklere sahip belirli şekiller oluşturdular. Jelin iki formülasyonuyla yapılan deney, ticari olarak temin edilebilen çözümler için %50 ve tedavi edilmemiş kusurlar için %30’a kıyasla sırasıyla %62 ve %56 oranında yeni kemik oluşumu gösterdi ve bu da malzemenin klinik uygulamalardaki potansiyelini gösterdi.

Malzemenin özelliklerini ayarlama yeteneği, hassas mekanik ve biyolojik özelliklerin önemli olduğu alanlardaki uygulamalara kapı açar. Ekip, iyileşmeyi destekleyen diğer hücre veya molekül tiplerini entegre etmeye odaklanarak, PA-kan jelini belirli yaralanma tipleri için optimize etmek üzere gelecekteki çalışmaları öngörüyor.

Ayrıca, bu çalışma öncelikli olarak kemik iyileşmesine odaklanmış olsa da, PA-kan teknolojisi geniş bir uygulama yelpazesi için potansiyele sahiptir. Örneğin, jel, kanamaya yanıt olarak hızla pıhtı oluşturan bir hemostatik ajan olarak kullanılabilir ve bu, özellikle pıhtılaşma bozuklukları olan hastalar için yararlı olacaktır. Dahası, yöntem, kendi benzersiz rejeneratif gereksinimleri olan cilt veya sinirler gibi diğer dokulara uyarlanabilir.

Birkaç zorluk daha var
Vaatlerine rağmen, PA-kan jelinin klinik ortamlarda yaygın olarak benimsenmesi için hala birkaç zorluk bulunmaktadır. Örneğin, bireyler arasındaki kan bileşimindeki değişkenlik, materyalin performansını etkileyebilir. Ayrıca, bulguların insan hücrelerine ne kadar iyi aktarılacağı tam olarak net değildir

Bir diğer zorluk ise bu kişiselleştirilmiş malzemelerin üretiminin ölçeklendirilmesinde yatmaktadır. 3D baskı yaklaşımı kişiselleştirilmiş şekiller oluşturmak için umut vadetse de, bu teknolojinin standart klinik iş akışlarına entegre edilmesinin uygulanabilirliği daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyacaktır. Klinisyenlerin bu implantları doğrudan hasta kan örneklerinden oluşturmasına olanak tanıyan kullanıcı dostu cihazların geliştirilmesi süreci kolaylaştırabilir ve daha geniş bir sağlık tesisi yelpazesi için daha erişilebilir hale getirebilir.

Çalışma umut verici içgörüler sağlıyor. Klinik öncesi aşamada kalmaya devam ediyor ve insan tıbbında uygulanabilirliğini keşfetmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var. Ancak araştırmacılar, yaklaşımlarının farklı kan örneklerinde tekrarlanabilir sonuçlar elde edebileceğini buldular.

Bu teknolojinin potansiyel uygulamaları cerrahi implantlardan travma bakımına kadar geniş bir yelpazededir. Araştırmalar devam ettikçe, bu PA-kan teknolojisi diğer rejeneratif çözümler için bir temel oluşturabilir ve erişilebilir, etkili ve kişiselleştirilmiş terapilere ihtiyaç duyan hastalar için yeni bir umut sağlayabilir.

Dergi Referansı: Soraya Padilla‐Lopategui ve diğerleri, Kan Pıhtılaşması ve Peptit Öz Montajını Kullanarak Biyoişbirlikçi Yenileyici Malzemeler, Gelişmiş Malzemeler (2024). DOI: 10.1002/adma.202407156