Stanford Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, biyobasım (bioprinting) ile üretilen organlar için gerekli olan karmaşık damar ağlarını tasarlayan ve 3D olarak basan bir hesaplamalı platform oluşturdular. 12 Haziran'da Science dergisinde yayımlanan bu sistem, insan damar yapılarına benzeyen tasarımları önceki yöntemlere göre 200 kat daha hızlı üretiyor. Bu ilerleme, doku mühendisliğindeki en temel zorluklardan birine çözüm getiriyor: yapay olarak büyütülen organlardaki tüm hücrelere oksijen ve besinlerin ulaşmasını sağlamak.
Geliştirilen algoritma, organların doğal kan damarı mimarilerini taklit eden ve aynı zamanda akışkanlar dinamiği simülasyonlarını içeren damar ağaçları oluşturuyor. Stanford Mühendislik ve Tıp Fakülteleri'nde profesör ve çalışmanın kıdemli yazarlarından biri olan Alison Marsden, "Biyobasım ile doku büyütme yeteneği, şu anda onlar için damar yapısı oluşturma kabiliyetiyle sınırlı. Bir kan kaynağı sağlamadan bu dokuları büyütemezsiniz," dedi. Bir milyon damarlı bir insan kalbi damar sistemi tasarımının oluşturulması yaklaşık beş saat sürdü.
Ekip, bir 3D biyoyazıcı (bioprinter) kullanarak 500 dallı bir ağı başarıyla bastı ve daha basit bir versiyonunu insan embriyonik böbrek hücreleri ile test etti. Araştırmacılar, hücrelerle dolu kalın bir halka oluşturdular ve içinden geçen 25 damarlık bir ağ inşa ettiler. Bu sayede, kanallardan besin ve oksijen pompalandığında basılan kanalların hücreleri canlı tutabildiğini kanıtladılar.
Mevcut basılı yapılar, kas ve endotel hücrelerine sahip tam kan damarları yerine şimdilik sadece kanallardan oluşuyor. Doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın baş yazarlarından Dominic Rütsche, "Bu, gerçekten karmaşık damar ağları oluşturmaya yönelik ilk adım. Onları daha önce hiç görülmemiş karmaşıklıkta basabiliyoruz, ancak henüz tam anlamıyla fizyolojik damarlar değiller," diye belirtti.
Stanford ekibi, yazılımlarını SimVascular açık kaynak projesi aracılığıyla kullanıma sundu. Araştırmacılar şimdi bu damar basım yeteneğini, insan kök hücrelerinden kalp hücreleri büyütme konusundaki ilerlemeleriyle birleştirmeye çalışıyorlar. Biyomühendislik alanında yardımcı doçent ve çalışmanın kıdemli yazarlarından Mark Skylar-Scott, "İnsan kök hücrelerinden bütün bir insan kalbini basacak kadar kalp hücresi üretmeyi başardık ve şimdi onları besleyip canlı tutacak iyi ve karmaşık bir damar ağacı tasarlayabiliriz," dedi.
Bu çalışma, ABD'de organ nakli bekleme listesindeki 100.000'den fazla insanın ihtiyacını karşılama yolunda bir ilerlemeyi temsil ediyor. Bir hastanın kendi hücreleri kullanılarak oluşturulan kişiselleştirilmiş organlar, hem bekleme sürelerini hem de organ reddi risklerini potansiyel olarak azaltabilir, ancak tam işlevli organların üretilebilmesi için önümüzde hala önemli zorluklar bulunuyor.
Geliştirilen algoritma, organların doğal kan damarı mimarilerini taklit eden ve aynı zamanda akışkanlar dinamiği simülasyonlarını içeren damar ağaçları oluşturuyor. Stanford Mühendislik ve Tıp Fakülteleri'nde profesör ve çalışmanın kıdemli yazarlarından biri olan Alison Marsden, "Biyobasım ile doku büyütme yeteneği, şu anda onlar için damar yapısı oluşturma kabiliyetiyle sınırlı. Bir kan kaynağı sağlamadan bu dokuları büyütemezsiniz," dedi. Bir milyon damarlı bir insan kalbi damar sistemi tasarımının oluşturulması yaklaşık beş saat sürdü.
Ekip, bir 3D biyoyazıcı (bioprinter) kullanarak 500 dallı bir ağı başarıyla bastı ve daha basit bir versiyonunu insan embriyonik böbrek hücreleri ile test etti. Araştırmacılar, hücrelerle dolu kalın bir halka oluşturdular ve içinden geçen 25 damarlık bir ağ inşa ettiler. Bu sayede, kanallardan besin ve oksijen pompalandığında basılan kanalların hücreleri canlı tutabildiğini kanıtladılar.
Mevcut basılı yapılar, kas ve endotel hücrelerine sahip tam kan damarları yerine şimdilik sadece kanallardan oluşuyor. Doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın baş yazarlarından Dominic Rütsche, "Bu, gerçekten karmaşık damar ağları oluşturmaya yönelik ilk adım. Onları daha önce hiç görülmemiş karmaşıklıkta basabiliyoruz, ancak henüz tam anlamıyla fizyolojik damarlar değiller," diye belirtti.
Stanford ekibi, yazılımlarını SimVascular açık kaynak projesi aracılığıyla kullanıma sundu. Araştırmacılar şimdi bu damar basım yeteneğini, insan kök hücrelerinden kalp hücreleri büyütme konusundaki ilerlemeleriyle birleştirmeye çalışıyorlar. Biyomühendislik alanında yardımcı doçent ve çalışmanın kıdemli yazarlarından Mark Skylar-Scott, "İnsan kök hücrelerinden bütün bir insan kalbini basacak kadar kalp hücresi üretmeyi başardık ve şimdi onları besleyip canlı tutacak iyi ve karmaşık bir damar ağacı tasarlayabiliriz," dedi.
Bu çalışma, ABD'de organ nakli bekleme listesindeki 100.000'den fazla insanın ihtiyacını karşılama yolunda bir ilerlemeyi temsil ediyor. Bir hastanın kendi hücreleri kullanılarak oluşturulan kişiselleştirilmiş organlar, hem bekleme sürelerini hem de organ reddi risklerini potansiyel olarak azaltabilir, ancak tam işlevli organların üretilebilmesi için önümüzde hala önemli zorluklar bulunuyor.