DergiTıp

3D BioPen

Hidrojel enjeksiyonuyla kartilaj rejenerasyonu

Yüksek derecede özelleşmiş olan kartilaj*; alifatik bir ortam içerisinde düşük sayıda hücre bulundurur ve karakteristik olarak avaskülerdir, aynı zamanda içinde nöral yapı bulundurmaz. Aşikar olan basitliğine rağmen, rejeneratif hyalin kartilajı implantasyon için efektif bir şekilde üretmek ve kullanmak kas ve iskelet dokusu biyomühendisliği için hala oldukça zor. Varolan ACI* ve MACI* gibi cerrahi teknikler, oto-onarım indüksiyon tekniklerinden üstün kabul ediliyor. Fakat MACI ve ACI, oldukça kompleks ve iki operasyonluk çok basamaklı prosedürlerdir; natif kartilajın çıkarıldığı ve bunu takiben olgun kondrositlerin* in vitro ortamda ekspansiyonunu içeren ilk operasyon, ve implantasyonun yapıldığı ikinci operasyon.

Güçlü bir artiküler hyalin benzeri kartilaj üretmek, kas-iskelet dokusu biyomühendisliğinin kilit noktalarından biridir. Mezenkimal kök hücreleri ve 3D yazıcı teknolojilerini entegre etmek, kemik doku mühendisliğine önemli bir umut ışığı yakmıştır. Bununla beraber, sıra tabanlı teknolojiyi gerçek zamanlı uygulamalar için operasyon odasına taşımak hala en zorlu engel olarak karşımızda durmakta. Bunu aşmak amacıyla, Avusturalyalı cerrahlardan ve biyomühendislerden oluşan bir ekip, efektif kartilaj yenilenmesi için ilave bir in situ üretim tekniği öne sürdü. Elle kullanılan bir ekstrüzyon cihazı: BioPen. Bu cihaz bize, bir hidrojel materyal içerisinde bulunan hücreleri yerleştirmeye yarayan ileri düzey bir eş-eksenli ekstrüzyon stratejisi sunuyor.  

Yakın zamandaki çalışmalarında Claudia Di Bella ve arkadaşları, BioPen’in kliniğe geçişi açısından gerekli bir adım olan neokartilaj biyofabrikasyonunu yönettiler. Yazarlar, gelatin methacrylate(GelMa) ve hyaluronic acid methacrylate(HAMa) hidrojelleri içerisine yüklenmiş insan yağ türevi mezenkimal kök hücreleri(hADSCs) kullandılar. Bunları, hyalin benzeri kartilaj formunda bioiskeleler oluşturmak için BioPen ile ekstrüze ettiler. Yazarlar, GelMa/HAMa hidrojelini sentezlemek için daha önceden kabul görmüş olan protokolü tekrarladılar. Cerrahi cihaz, gelecekte doku ve organ yenilenmesi için şu an varolan cerrahi yaklaşımları değiştirebilecek potansiyeliyle, in situ ortamda bir rejeneratif kök hücre nişini biyofabrike etme kapasitesini gösterdi.

İnsan kök hücreleri, total diz replasmanı yapılacak olan hastaların infrapatellar yağ yastığından toplandı. BioPen’le ekstrüde edilen iskelelerin şekil ve boyutlarını kontrol etmek için yazarlar polydimethylsiloxane(PDMS) silindirik kalıplar kullandılar. Bu sayede regüle edilmiş hücre sayılarıyla, mekanik testler için yeniden üretilebilir 3D geometriye sahip yapısal bir organizasyon sağlayan şekli elde etmeyi başardılar. Ekstrüzyondan hemen sonra örnekler fotopolimerizasyon için UV ışığa maruz bırakıldılar. Yüzey topolojisini belirlemek amacıyla materyaller, basınç ve atomik güç mikroskobisi için mekanik yükleme testleriyle karakterize edildiler.  

Hyalin benzeri neokartilaj üretme kapasitesi, histoloji, gen ve protein ekspresyon analizi kullanılarak, kondrojenik uyarıya karşı oluşan hücresel cevap ile analiz edildi. Yeni doku yapısı; protein lokalizasyonu ve hyalin kartilajın ana komponentlerinin organizasyonu ile belirlendi. Neokartilajın fonksiyonu zaman içinde mekanik özellikleri ile belirlendi.

Çalışma, BioPen’in hADSC yüklü GelMa/HAMa hidrojelin eşeksenli ekstrüzyonu ile insan hyalin benzeri kartilajı üretme kapasitesini gösterdi. Cerrahi ekstürsiyon için elde kullanılan bir cihaz klinikte greft alanı mismatch sınırlamasının da üstesinden gelebilir. İskele geometrisinin önceden belirlenmiş olan çekirdek/kabuk dağılımı, hADSCs’nin hayatta kalabilmesini sağladı ve proliferatif potansiyelini korudu. Hyalin kartilaj oluşumu esnasında eksprese edilen gen miktarı SOX9(Kök hücre kaynağının kondrojenik potansiyelini gösteren, kondrojenezin ana regülatörü) expresyonu ile qRT-PCR kullanılarak ölçüldü. Hücreler, diferansiasyon gösterirken benzer şekilde COL2A1(Kartilajda bulunan Tip2 kollajen) ve ACAN(Proteoglikan) eksprese ettiler. Bioiskeleler, kondorjenezin 8. haftasından sonra olgun fibriler kollajeni saptayabilmek için non-lineer 2 foton mikroskopisi ve ikinci harmonik kuşak(SHG) kullanılarak daha ileri testlere tabi tutuldu. 

Osteojenik ve kondrojenik büyüme faktörlerinin hidrojelle aktarılabilme olasılığı gelecekte değerlendirilecek konulardan birisi olacak. Aynı zamanda ek çalışmalarda, kondrojenik bioiskelelerin biyomekaniksel özellikler bakımından natif artiküler kartalajla kıyaslanacak seviyelere ulaşması hedeflenecek. Daha sonraki çalışmalar, kök hücreler ve 3D hidrojeller arasındaki etkileşimi farklı mekanik ve biyodegredasyon özellikleri açısından anlayabilmek için de novo kartilaj oluşumunu değerlendirecek. 

*Kartilaj: Kıkırdak

*ACI: Autologous chondrocyte implantation

*MACI: Matrix-induced autologous chondrocyte implantation

*Kondrosit: Kıkırdak hücresi

 

 

 

Kaynak:
Medicalxpress3DprintBioFab3D
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (6 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

İlgini Çekebilir

Close
Close