İskelet Kas Modellerinin Mühendisliğinde Canlı Kompozit Liflerin Kullanımı

Üniversitemiz Mühendislik Mimarlık Fakültesi Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü öğretim üyelerinden Doç. Dr. Hüseyin Avcı’nın yazarları arasında bulunduğu “Customizable Composite Fibers for Engineering Skeletal Muscle Models” başlıklı makale ACS Biomaterials Science & Engineering dergisinde yayınlandı.

Hücresel büyüme için mükemmele yakın derecede ortamın sunulması ile beraber doğal dokuların mikro-yapısını, mimarisini, topolojisini ve mekanik özelliklerini taklit edebilen doku benzeri yapı iskeletlerinin mühendisliği hâlâ karşılanmamış bir ihtiyaç olarak durmaktadır.

Üniversitemiz Mühendislik Mimarlık Fakültesi Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Hüseyin Avcı’nın da aralarında bulunduğu araştırma ekibinin ACS Biomaterials Science & Engineering dergisinde yayınlanan “Customizable Composite Fibers for Engineering Skeletal Muscle Models” başlıklı makalesi, doku mühendisliğinde karşılaşılan zorlukların üstesinden gelmek için çekirdek/kabuk yapısında canlı kompozit lifler üreterek, hücresel düzeydeki bileşenlerden bağımsız olarak doku yapısının eldesi ile birlikte mekanik ve elektriksel özelliklerin uyarlanması tekstil tekniği üzerine yürütülen bir çalışmadır.  Bilindiği üzere tekstil teknolojileri aynı zamanda farklı hücre tiplerinin kontrollü dağılımında ve elde edilen yapıların 3B mikro-çevresinde, hücresel büyüme yönünün kontrolüne de izin vermektedir.

Harvard Tıp Fakültesi, Connecticut Üniversitesi, Nebraska Üniversitesi ve Victoria Üniversitesinden uzmanlarla ortaklaşa yürütülen çalışmada biyouyumlu polimerik çekirdek yapısı ve biyolojik olarak uyumlu hidrojel kabuk kısımlarından oluşan kompozit lifler tasarlanmıştır. Elde edilen bu canlı kompozit lifler, mekanik olarak tekstil prosesleri kullanılarak hedeflenen dokunun elde edilmesi için dayanıklı olmakla beraber iskelet kaslarının mühendisliği için önemli olan hücre popülasyonlarının yapışmasını, çoğalmasını ve olgunlaşmasını da destekleyebilir niteliktedir. Ayrıca bu çekirdek/kabuk yapısındaki liflerin kabuk kısmındaki değişikliklerin in vitro olarak miyogenezi artırma potansiyeline sahip olduğu da gösterilmiştir.

Aynı zamanda floresan boncuklarla yüklenen canlı kompozit lifler ve tasarlanan otoklavlanabilir dokuma tezgâhı ile farklı doku yapılarının eldesi sağlanabilmektedir. Üç farklı kompozit lif kullanılarak 10 cm uzunluğunda örgülü bir yapı elde edilmiş ve burada hidrojel kaplama bütünlüğü teyit edilmiştir. Ek olarak, NIH-3T3 fibroblast hücrelerini içeren çekirdek/kabuk yapısındaki lifler kullanılarak hücreler cerrahi bir ağa başarılı bir şekilde işlenmiştir. Başka bir testte ise kompozit canlı liflerin hidrojel tabakalara nakış gibi işlenmesinin fizibilitesi değerlendirilmiştir. Burada hidrojel tabakaların insan yumuşak dokusunu mimik edebileceği değerlendirilmiştir. Tüm bu çalışmalarda elde edilen yüksek hücresel canlılık elde edilen ilk hücresel modelin kontrol edilmesi ve kültür süresi boyunca hücresel büyümeyi yönlendirilebilmesi, sürecin biyolojik olarak uyumlu olduğunu göstermektedir.

Hedeflenen bu çalışmada, 14 günlük kültürden sonra hücresel morfoloji, aktin filamentleri boyanarak gözlemlenmiştir. Burada hücrelerin hidrojel tabakası boyunca yayıldığı ve çekirdek kısmı oluşturan polimerik yapının etrafında bir kılıf oluşturduğu gözlemlenmiştir. Ek olarak, hücreler, fiber eksenleri boyunca 3 boyutlu olarak oldukça organize olmuş ve hizalanmıştır. Hücresel hizalamanın kontrol edilmesi, hücresel işlevin hücrelerin organizasyonuna ve hizalanmasına bağlı olduğu çeşitli dokuların mühendisliği için oldukça önemlidir.

Yapılan bu çalışma aynı zamanda ACS Biomaterials Science & Engineering dergi kapağı olarak kullanılmıştır.

Makaleye erişim için: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.9b00992