Bio3DPrinting, İnsan Dokusu Mühendisliğinde Büyük Bir Adım Atıyor

Endüstri ve akademi arasında bir iş birliği sonucunda Bio3DPrinting, ilk olarak 2010'da yapılan araştırmalardan ortaya çıkan bir konsept olan Electrospider teknolojisinin pazara sunulmasını hızlandırmak için 2021 yılında kuruldu. Electrospider; canlı, üç boyutlu doku yapıları oluşturan bir 3D biyobaskı makinesidir. Geleneksel 3D baskıya benzer şekilde, dokuları dijital modelden katman katman oluşturur.

Bio3DPrinting Başkanı ve İtalya'daki Pisa Üniversitesi'nde araştırma görevlisi olan Aurora De Acutis "Geleneksel 3D baskı malzemeleri kullanmak yerine, bazen biyomürekkep veya biyomalzeme mürekkebi olarak adlandırılan hücre ve biyopolimer gibi biyolojik malzemeler kullanıyoruz. Şu anda bu yapılar ilaç geliştirme, yeni ilaçların test edilmesi ve kişiselleştirilmiş tıbbi tedaviler için kullanılıyor," diyor.

Bio3DPrinting'in Electrospider 3D biyoyazıcı teknolojisi, tek bir sistem kullanarak karmaşık insan dokuları oluşturur. Özellikle onarıcı tıp, ilaç testleri ve doku mühendisliği için biyofabrikasyon alanında büyük bir ilerleme sağlayarak çığır açan bu buluş, birden çok biyobaskı teknolojisini tek bir uyumlu iş akışında bir araya getirir.

Biyolojik Sistemlerin 3D Baskı Sürecindeki Zorluklar

Vücut dışında (in vitro) insan dokularının yeniden üretilmesi için vücudun içindeki hücre dışı matris ortamını taklit eden doku iskelelerinden başlanması gerekir. Hücreler tarafından doldurulabilen ve hücrelerin yapışmasına, çoğalmasına ve olgunlaşmasına olanak tanıyan üç boyutlu yapılar da dahil olmak üzere bu iskeleler hücreler için fiziksel ve kimyasal destek sağlar.

İnsan dokuları, nanoölçekten mikroölçeğe uzanan hiyerarşik bir yapıda düzenlenmiş karmaşık, çok malzemeli sistemlerdir. Bu hassas yapı, her bir dokunun mekanik ve biyolojik fonksiyonu için olmazsa olmazdır. De Acutis, "Bir iskele geliştirirken mümkün olduğunca işlevsel olması için tüm bu yönlerin kopyalanması çok büyük öneme sahiptir. Böylece gerekli tüm biyolojik maddelerle birlikte yazdırılmış hücreler, yapışıp çoğalmak üzere uygun, yaşamaya elverişli bir ortam bulabilirler," diyor.

İskele yalnızca hücreleri yerinde tutan fiziksel bir çerçeve değildir. Hücrelerin büyümesi, hareket etmesi, çoğalması ve olgunlaşmasını aktif olarak etkileyen, özenle tasarlanmış bir ortamdır. Tıpkı bir köprü veya makinenin ağırlık, hava durumu ve aşınma gibi gerçek dünyadaki kuvvetlerle başa çıkacak şekilde tasarlanması gerektiği gibi biyobaskı bir iskele; zaman içinde hücrelerin hayatta kalmasını, organik yapısını ve gelişimini destekleyen doğru mekanik, kimyasal ve biyolojik koşulları sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır.

Electrospider 3D biyoyazıcının geliştirilmesinin ardındaki en önemli motivasyonlardan biri, güvenilir ve tekrarlanabilir biyobaskı ihtiyacıydı. De Acutis, Electrospider'dan önceki parçalı süreçleri şöyle hatırlıyor: "İskeleyi belirli bir çözünürlükte biyomalzeme işleme kapasitesine sahip bir biyoyazıcı ile üretmeye başlıyor, ardından başka bir biyomalzemeye parça eklemek veya aynı malzemeyi farklı bir çözünürlükte kullanmak için başka bir [teknolojiye] geçiyorduk." 

Bu parçalı iş akışı, teknolojiler arasında birçok geçiş ve sıklıkla insan müdahalesi gerektirdiğinden özellikle çıktı insan vücudunda kullanılmak üzere tasarlandığında, son yapının kalitesini olumsuz bir şekilde etkiliyordu.

Bu yaklaşımın sınırlamaları, gerçekten çok ölçekli ve çok malzemeli biyofabrikasyon sağlamak amacıyla farklı çözünürlüklerde birden fazla biyomalzemeyi eş zamanlı olarak işleyebilme becerisine sahip tek bir biyoyazıcı tasarlama fikrine yol açtı. Sürecin basitleştirilmesi, hataları en aza indirerek tutarlılık ve kaliteyi önemli ölçüde artırır.

De Acutis, "Bizim için SOLIDWORKS Extended portföyü her açıdan önemli bir rol oynadı," diyor. Bio3DPrinting, biyobaskı sürecini gerçek zamanlı olarak izlenmesi ve kontrol edilmesi için yapay zeka entegrasyonu üzerinde de çalışıyor. Amaç, nihai biyobaskı yapıların klinik uygulamalar için gereken sıkı standartları karşılaması için her adımın hassas bir şekilde yönetilmesini sağlamak.

De Acutis sözlerini şöyle noktalıyor: "Yalnızca baskı yaparak hayat kurtarabileceğim düşüncesi inanılmazdı." Bu hayal, Bio3dPrinting'in bu alanda çalışmaya devam etmesini sağlıyor. Şirket, biyoyazıcıların gelecekte birçok hastane ve klinikte kurulmasını umuyor. Asıl umut, günün birinde insanların hayatını kurtarmak için eksiksiz organ baskısı yapmak.