Kolajen temelli doku iskeleti üretimi için elektrik alan etkisinin araştırılması

Abstract

Gelişen bilim ve artan ihtiyaçlar doğrultusunda sağlık alanındaki beklentiler giderek artmış ve günümüzde yapay doku ve organların geliştirilmesi seviyesine ulaşmıştır. Çeşitli endüstriler ile ortak altyapıyı kullanan biyoteknoloji ürünleri için başlangıçta metaller, seramikler ve plastikler sıklıkla kullanılmıştır. Bu materyaller ile hassas şekilde boyutlandırılmış, mekanik ve biyolojik açıdan dayanıklı ameliyat aletleri ve implantlar hızla üretilebilmiştir. Fakat günümüzde eğilim, biyolojik aktivite sergileyen doku ve organların üretimi için doğal doku materyallerinin kullanılması yönündedir. Bu materyallerin elde edilme şekilleri, ürüne dönüştürülme prosesleri, mekanik özellikleri, standartları ve ilgili yönetmelikleri diğer endüstriyel materyallerden oldukça farklıdır. Biyolojik materyallerin, doğal dokularda sağladıkları gibi biyobenzetim ürünlerinde de yeterli mekanik dayanım sağlamaları beklenebilir. Fakat mevcut üretim teknikleri doğal yapılardaki ağ yapısı ve çapraz bağ oluşumunu sağlayamadığı için doğal dokular kadar kuvvetli yapılar oluşturulamamaktadır. Bununla birlikte, mekanik dayanım sağlamak için kullanılan çapraz bağlama kimyasallarının da doza bağlı olarak toksik etkilerinin olabilmesi kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Literatürdeki biyobenzetim çalışmaları ağırlıklı olarak hücrelere iki ya da üç boyutlu adezyon ortamı sağlanmasına ve hücrelerin doğal davranışlarını sergileyip sağlanan doku iskelesini fonksiyonel bir dokuya dönüştürmelerine odaklanmıştır. Bu amaçla doğal fiber yapısı, sinyal molekülleri ve fiziksel uyaranlar ile doğal ortam benzetimi yapılmaya çalışılmaktadır. Bu tez çalışmasında özgün bir yaklaşımla elektrik alan etkisinin doku iskelesi üretim metodu olarak kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Uygulamanın ekonomik ve yaygın olmasına katkı sunabileceği için elektrotlar, çözelti haznesi ve kontrol devresi modüler şekilde tasarlanmıştır. Çalışmada, canlılardaki yaygın bulunurluğu ve yapısal rolü sebebi ile literatürde sıklıkla kullanılan fakat dielektroforez etkisi ile hareket ettirildiği paylaşılmamış olan kolajen tip-1 proteini kullanılmıştır. İnşa süresi partiküllerin büyüklüğüne bağlı olduğu için büyük partiküllerin de hareket ettirilebileceği yüksek elektrik alan şiddetini sağlayacak bir düzenek tasarlanmıştır. İmal edilen elektrotlar üzerinde, asetik asit çözelti haznesindeki ~30, 70, 80, ve 1150 µm uzunluktaki kolajen partiküllerinin dielektroforez etkisi ile lineer, rotasyonel ve değişken doğrultulu hareketler sergiledikleri gözlenmiştir. Dielektroforezin hücreleri ve yapı materyallerini temas etmeksizin organize edebilme özelliğine dayanarak gelişmiş sterilizasyon altyapısına ihtiyaç duyulmadan sahada doku iskelesi üretimi için kullanılabileceği düşünülmüştür. Bu tez çalışması kapsamında geliştirilen cihaz ile "Biyolojik Materyal Yönlendirme Cihazı" başlığı ve 2021/019014 başvuru numarasıyla Türk Patent Enstitüsüne faydalı model başvurusu yapılmıştır.