Yapay Organ Nedir? Günümüze Kadar Geliş Süreci

Sağlıktan ilaca, bakteriden sebze ve meyve üretimine, ülkeler biyoteknolojiyi fırsat olarak görüyor. Bugün biyoteknolojinin içerisinde barınan önemli bir konu: Yapay Organ konuğumuz olacak. Tıp dünyasının geleceğine yön veren yapay doku ve organ çalışmaları yıllar ilerledikçe bambaşka seviyelere gelmeye başladı. Bizler de bu yazımızda ‘’Yapay organ nedir? Yapay organ tasarımı nasıl yapılır?’’ gibi sorulara ışık tutmaya çalışacağız. Keyifli okumalar.

İlginizi Çekebilir! Biyomedikal Mühendisi Kimdir?Ne İş Yapar?

Yapay Organ Nedir?

Yapay organ, işlevini yitirmiş veya artık faaliyet gösteremeyecek duruma gelmiş hayati organların yerine faaliyetlerin tamamını veya bir kısmını yerine getirebilecek mekanik malzemeler ve doku mühendisliği yardımı ile üretilen organdır. Günümüze kadar geliş sürecinin ilk etapları 15. ve 16.yüzyıllarda artık savaşların da etkisi ile malzeme bilimi yön almaya başlamasıyla gerçekleşmiştir. Savaşlar sonucu kollar ve bacaklarda ciddi kayıp ve hasarlar meydana geldikçe yapay sistemler tasarlanmaya başlamıştır.

Ortaçağda en bilinen malzemeler arasında metaller gelmekte ve bu doğrultuda demir ve çelik maddeleri yer almıştır. Metaller yardımı ile kol ve bacak tasarımları gerçekleştirip, insanlar üzerinde uygulamaya başlanmıştır. 20.yüzyılda malzeme bilimin dünyaya damga vurduğu yıllarda artık insan vücudunun da içine metal yerleştirme süreci başlamıştır.

Yapay organ terimi ilk defa 1947 yılında Dr. Willem J. Kolff’un ilk yapay böbreği geliştirmesiyle kullanılmaya başlanmıştır. İlk yapay organ üretimi 1997 yılında yapay insan derisidir. Günümüz de birçok organın faaliyetlerini yerine getirmek için yapay organlar tasarlanmaktadır. Yapay Kalp, Yapay Böbrek, Yapay Akciğer, Yapay Karaciğer ve Yapay Pankreas üretimi ile ilgili çalışmalar yürütülmektedir.

İlginizi Çekebilir! 3D Uzmanı Kimdir? Nasıl olunur? Çalışma Alanları

Yapay Organ Üretimi Nasıl Gerçekleştirilir?

Yapay organ üretimi insandan alınan kök hücre ile bir organın işlevini yerine getirebilecek üç boyutlu yapay organ tasarımı gerçekleştirmektir. Kök hücreler; yenilenme gücü yüksek, laboratuvar ortamında hızla üreyebilen ve birçok hücreye dönüşebilen farklılaşmış hücre tipidir. Kök hücre, embriyo, göbek kordonu, yetişkin bireylerden elde edilir. Embriyonik kök hücrelerin yenilenmesi daha hızlıdır ve diğer dokulara dönüşme yetenekleri daha gelişmiştir. Kök hücrelerin vücutta hasar gören dokuya nakledilerek dokuyu işlevsel olarak onarma özelliği yaygın olarak kullanılmaktadır.

Son yıllarda 3 boyutlu hızlı prototipleme tekniğiyle kök hücrelerden özelleşen canlı hücrelerin biyo-malzeme içinde organ şeklinde prototiplenmesi ve doku kaynaşmasından sonra işlevsel yeterliliğe ulaşması, organ üretimi için en temel öğedir. Organ prototiplemesi gerçekleştirildikten sonra üretilen organ yapısı hücre ve doku kaynaşması için belli bir süre biyo-reaktörde bekletilir, aksi takdirde üretilen yumuşak yapı entegre olamaz ve çökmeye başlar. Yapıda meydana gelen bu çöküş hücreler üzerinde mekanik yük yaratır ve ölümlerine neden olur.

İlginizi Çekebilir! Makine Mühendisliği mezunları hangi alanlarda ne iş yaparlar?

Biyo-reaktör hücre bölünmesini ve doku kaynaşmasını hızlandıran, vücut ortamının özelliklerine benzer bir ortamı olan bir mekanizmadır. Organ prototiplendikten sonra çeşitli kriterlere bağlı olarak belli bir süre biyo-reaktör içerisinde barındırılır. Bu süre pek çok etkene (hücre çeşitleri, yapıda kullanılan biyo-malzeme, çözelti ve sıcaklık gibi) bağlı olarak değişim gösterir. Yapay organ üretiminde en önemli hususlar ise ;

Yapay organ tasarımında günümüzde birçok araştırmalar yapılmaktadır. Fakat hasta ile direk temas içeren tasarım olduğu için uzun zamanlar test edilmesi ve hayvan üzerinde analiz yapma aşamaları gerekmektedir.

Yapay Organ Örnekleri ve Kullanım Alanları

ABD de çalışılan en önemli konular arasında yapay organ gelmektedir. Artan nakil ihtiyacı ve nakil sırasında ortaya çıkan komplikasyonların düzeltilememesi sonucunda farklı bir alanda çalışmalar hız kazanmıştır.

Yapay Pankreas Tasarımı

Projelerden biri yapay pankreas üretimidir. Embriyo kök hücrelerinden değişerek insülin salgılayabilme özelliği kazanan hücrelerin, 3B prototipleme tekniğiyle montajını ve kaynaşmasını sağlayarak yeterli düzeyde insülin salgılayan pankreas yapısı üretimi üzerinde çalışmalar sürüyor.

Üretilecek olan 3B pankreas benzeri yapı, ileride insan vücudunun ana damarlarından birine yakın herhangi bir yerine nakledilebilecek ve insülin salgılayarak kandaki şeker oranını dengede tutabilecek bir mekanizmada önemli yer edinecek. Şu anki araştırmalar pankreasın insülin salgılama işlevinde önemli bir yer tutan beta hücrelerine odaklanmış durumda. Ancak ilerleyen yıllarda doğal bir pankreasın sahip olduğu diğer hücre çeşitlerini de kapsayan heterojen bir yapının elde edilmesi planlanıyor.

Bu alandaki önemli gelişmelerden bir diğeri de Güney Carolina Üniversitesi Tıp Fakültesi Yenileyici Tıp ve Hücre Biyolojisi Bölümü’nden Dr. Vladimir Mironov ve Missouri Üniversitesi Fizik Bölümü’nden Dr. Gabor Forgacs tarafından üretilen birden fazla canlı hücreden oluşturulan damar yapıları. Bu ekip yapay et üretimi sağlamak içinde çalışmalar sürdürüyorlar.

Yapay Kalp

Diğer bir organ üretim çalışması da Minnesota Üniversitesi Kök Hücre Enstitüsü’nde Dr. Doris Taylor ve grubu tarafından sürdürülüyor. Dr. Taylor ve grubu hızlı prototiplemeden farklı bir yöntem kullanarak yapay kalp geliştirdi. İşlevini kaybeden bir fare kalbini bir çözelti içinde hücrelerinden arındırdıktan sonra arta kalan, kolajenden oluşan bağ dokusuna yeni canlı hücreler enjekte ettiler. Enjekte edilen hücreler çoğaltılıp kaynaştırıldıktan dört gün sonra elde edilen kalbin kasılma işlevini, sağlıklı bir kalbin % 2’si oranında gerçekleştirdiğini gözlemlediler.

İlginizi Çekebilir! Paranın Geleceği ve Kripto Para ile İlgili Merak Edilenler

Pittsburgh Üniversitesinde yapılan araştırmalara göre;  insan kök hücreleri ile yapılan yapay kalp laboratuvar ortamında insan kalbi attığı gözlenmiştir. İnsan üzerinde test edilmesi için yaklaşık olarak on yıl daha denenmesi gerektiğini vurgulanmıştır. Japonya da test edilen yapay karaciğer ise kök hücreden elde edilmiş şekilde karaciğer hastalığı olan bir fareye nakledilerek büyük ölçüde dokuda iyileşme gözlemlendi. Bu çalışma doğrultusunda insanlarda görülen siroz hastalığına çözüm üretilmesi hedefleniyor. Duke Üniversitesi’nde bilim insanları insan kan damarları geliştirdiler.

Yapay Kas ve Kan Üretimi

Yapay kas ile ilgili çalışmalarda mevcuttur, daha çok mekanik özellikleri inceleyerek tasarımlar biyosensörler ve füzyon yöntemi ile gerçekleştiriliyor.

20 yıla yakın yapay kanların mevcut olacağına dair çalışmalar mevcuttur. Kana temas etmeden mekanik olarak çalışabilecek yapay kalplerinde desteklenebileceği çalışmalar arasında en önemlisi denilebilir. Birçok çalışma farklı alanlarda gerçekleştiriyor. Teknolojinin gelişimi ile bu çalışmalara hız veriyor. 3B sayesinde bir çok üretim gerçekleştirme ve test etme imkanı sağlanıyor.

Şüphesiz ki gelecekte hayatımızda önemli rol oynayacak ve sağlık sektörünü bambaşka yerlere taşıyacak yapay organ hakkında sizlere bilgi verdik. Umarım başarılı olabilmişizdir. Bir sonraki yazılarda görüşmek üzere.. Sağlıklı Günler.

Kaynaklar;

http://vizyon21y.com/documan/Genel_Konular/Bilim_Teknoloji/Tip/Yapay_Organ_Uretimi_3_Boyutlu_Organ_Prototiplenmesine_Dogru.pdf

http://www.emo.org.tr/ekler/ea9c8822d43e474_ek.pdf?dergi=1197

http://maycalistaylari.comu.edu.tr/calistay2007/sunumlar/konferans/adil_denizli2.pdf