İnsan Vücudunun Dinamiklerini Taklit Eden 4D Biyobaskı

Araştırmacılar tamamen yeni bir boyut olan 4D biyobaskı uygulamasına geçiyor. 4D biyobaskı, özel uyaranlara bağlı olarak şekil değiştirebilen, üç boyutlu iskele üretmeyi amaçlayan yenilikçi biyo-üretim teknolojisi olarak ortaya çıkıyor.

İnsan Vücudunun Dinamiklerini Taklit Eden 4D Biyobaskı

Organ yenilenmesinde 3D biyobaskı’in büyük bir umut olduğu kanıtlanmıştır. Bu teknik rejeneratif amaçlar için insan vücuduna dokuları üretmeye uygundur.

3D baskı 30 yılı aşkın bir süredir doku ve biyokimyasal üretmek için kullanılan bir teknolojidir. Sonsuz rejenerasyon yapılabileceğini düşünün cerrahlar basit bir şekilde baskı yapıp, hastaya implantasyon için hazır bir doku elde edebilirlerdi. 

Şekil 1 - 3D baskılı jel iskeleler canlı hücreleri barındırabilir ve insan vücudunda rejenerasyon sürecini başlatabilir. Şekildeki örgü, farklı boyalarla etiketlenen silikon bazlı mürekkepler ile üretilmektedir. Şekil 2'den uyarlanmıştır.

Şimdi, araştırmacılar tamamen yeni bir boyut olan 4D biyobaskı uygulamasına geçiyor. 4D biyobaskı, özel uyaranlara bağlı olarak şekil değiştirebilen, üç boyutlu iskele üretmeyi amaçlayan yenilikçi biyo-üretim teknolojisi olarak ortaya çıkıyor. Tetikleyiciler, şişmeden sıcaklığa, nemden manyetik alana, elektriksel dürtülere ve hatta ışığa bile duyarlı hale geliyor. 4D biyobaskı, vücudumuzu düşünerek dokuların kendine özgü, dinamik ve yapısal değişikliklerini taklit etmeyi amaçlıyor. Örneğin, kalp kontraksiyonu ve bağırsak dinamikleri şekil değiştiren 3D yapılar tarafından taklit edilebilir. (Şekil 3).

Bu amaca yönelik, 3D şeklinde basılabilen “bioink” insan vücuduna uyumlu jel benzeri bir malzemedir. Son zamanlarda bilim adamları 3D baskılı yapıların şekil değiştirmesiyle bu uyarıya tepki veren biyomalzemeler üretti. Matematiksel modellerin, baskı sonrasında belli tetikleyiciler sayesinde değişiklik gösterdiği görülmüştür. Bu değişim örnek olarak Şekil 2’deki gibidir.

Belirli bir uyarı sonucunda, biyomalzemeler uzayda şişer, katlanır, açılır, hareket eder ve nihai bir mekânsal konformasyona ulaşır. Bu prensibin olağanüstü bir örneği son zamanlarda Lewis laboratuvarı tarafından yapıldı. Lewis grubu, suyla temas ettiğinde katlanabilen veya açılabilen çiçeği taklit eden yapıları bastırmak için şekil değiştiren jelleri kullandı. (Şekil 2). Bu orkide, basılı jelin şişmesiyle, yaprakları dönen bir katlanma yaratacak şekilde basılmıştır.

Şekil 2 - Lewis laboratuvarında çiçeğin açılma anına benzeyen görüntüyü 3D tekniğiyle  yapmaya çalışıyoruz. Bu işlem 4D biyobaskı olarak adlandırılan yeni bir teknik sayesinde sağlanabiliyor. 

 

Tıbbi uygulamalar sonsuzdur ve araştırmacılar şu anda bu inanılmaz biyomalzemelerin özelliklerini derin bir şekilde araştırmaktadır. Takeuchi ve arkadaşları, 4D biyobaskının bir başka yönünü araştırdılar. Hücrelerin 3D yapısını üretmek için “hücre origami” kullandılar. (Şekil 3) Çekiş kuvvetine sahip hücrelerin kapasitesinden faydalanarak üç boyutlu yapılar, küpler ve silindirler gibi geometrik şekiller yapılabildi. İnsan dokularını üretmek için hücre origami güvenilir bir teknik olarak kullanılmaktadır. ( Şekil 3 )

Şekil 3 - Tamamen hücrelerden yapılmış 3D yapıyı oluşturmak için hücre origami yöntemi kullanılıyor. Bu yenilikçi bulgular sayesinde dinamik dokular üretilebilir hale geliyor.

Yeni keşifler devam ediyor. Ancak 4D biyobaskı baskı tüm organ baskıları için müthiş bir yenilik olmuştur. Şuanda bir organın baskısını üç günden fazla sürede basabilmekteyiz ama önümüzdeki on yıl içinde 4D biyobaskı yöntemi gelişecek. Organ yetersizliğine büyük bir çözüm olacak ve güvenilir bir şekilde taklit bir doku yenileme aracı olarak hizmet verecek.

voksel, 3dyazıcı, biyoyazıcı, biyobaskı, 3dprototip, 3dtarayıcı

4D Printing ile ilgili araştırma tezleri:

https://envisiontec.com/3d-bioplotter-research-papers2/?searchkeyword=4d-printing

Kaynak

http://www.biomediverse.com/4d-bioprinting-mimicking-dynamics-human-body/?utm_content=buffer3e37c&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=buffer