Kök Hücre ve Doku Mühendisliği

22 Mayıs 2000 Time Dergisi Geleceğin en popüler meslekleri; 1. Doku Mühendisleri 2. Gen Programlayıcıları 3. ÇiBçiler 4. Frankenfood takipçileri 5. Bilgi Madencileri (Data miners)

Doku Mühendisliği, hasar görmüş ya da olmayan vücut parçalarının yerine kullanılmak üzere in vitro ya da in vivo ortamda doku veya organların gelişqrilmesi olarak tanımlanmaktadır.

Doku Mühendisliği, hücre ve biyomateryallerin fonksiyonel bir doku oluşturmak üzere bir araya geqrilmesi işlemidir.

Günümüzde doku mühendisliği çalışmaları ile çok sayıda doku ve organın tamamının ya da bir bölümünün in vitro veya in vivo ortamda oluşturulması hedeflenmektedir; - Deri - Kıkırdak - Kan damarları - Kemik - Kas - Karaciğer - Böbrek, vs...

Doku mühendisliği çalışmalarına özellikle klinik açıdan büyük öneme sahip olduğu için ihqyaç duyulmaktadır; - Kardiyovasküler hastalıklar (Kalp krizi, damar Ukanıklıkları) - Kemik (Kaynaşamayan kırıklar, kanser hasarı) - Sinir sistemi (Omurilik hasarları, dejeneraqf hastalıklar)

Bir doku ve ya organın in vitro ortamda oluşturulabilmesi için doku ve organ yapısının çok iyi anlaşılması gerekmektedir. Temel olarak; Bütün dokular birçok katmanı olan yapısal bir hiyerarşi içerisinde oluşurlar... Mikro seviyeden makro seviyeye kadar birçok aşamada bu hiyerarşik yapı korunur.

Tendon Doku Mühendisliği

Doku Mühendisliği Böbrek

Bu hiyerarşik yapıyı çözümleyebilmek için bir doku içerisinde bulunan hücreler ve bu hücrelerin çevreleri ile olan ilişkileri çok iyi anlaşılmalı ve bu bilgiler in vitro ortama yansıulmalıdır. Hücre Kaynağı Embriyonik kök hücre YeQşkin kök hücre Progenitör hücre Sinyaller Büyüme faktörleri İlaçlar Mekanik kuvvetler Ekstraselüler Matriks Metaller Seramik SenteQk polimerler Doğal polimerler

Hücre Kaynağı Doku Mühendisliği

Sinyaller Farklılaşmayı indükleyebilmek ve hücrelerin yaşamsal devamlılıklarını sağlamak için - Hücre türüne özgü - Doz ve süre opqmizasyonu Doku yapısının oluşabilmesi için hücre çoğalması ve göçünü teqklemek için

Ekstraselüler Matriks Hücrelerin birbirlerine tutunması, Bulundukları dokunun 3 boyutlu yapılarını oluşturmaları Aynı zamanda hücrelerin birbirleri ile ileqşim kurmaları için gerekli olan mulq-fonksiyonel bir ortamdır.

Scaffold (İskelet) Doku mühendisliği çalışmalarında ekstraselüler matriksi taklit eden ortamlar oluşturularak in vivo ortamdakine benzer şartlar oluşturulmaya çalışılır.

İdeal Scaffold nasıl olmalıdır? - 3 boyutlu yapıda olmalıdır, - Porlu yapıda olmalıdır, - Biyo-uyumlu olmalıdır, - Biyo-parçalanır yapıda olmalıdır, - Uygun yüzey kimyası olmalıdır,

Scaffold - Hücre tutunma ve göç etmesine imkan verir, - Hücreler için gerekli olan sinyallerin verimli bir şekilde difüze olmasını sağlar Farede kulak büyümemişqr. Uygun scaffold ve hücreler yerleşqrilerek hücrelerin bu scaffold üzerinde büyümesi sağlanmışur.

Scaffold - Polimerler - Ekstraselüler matriks proteinleri (Kollajen, laminin, fibrin) - Seramik (kalsiyum fosfat) ve porlu yapılar - Kalıcı ya da zamanla yok olan materyaller

Kardiyovasküler Doku Mühendisliği Kalp krizi ve inme dünya genelinde en sık görülen 1. ve 3. ölüm sebebidir. 2 yılda %60 sağ kalım Kalp krizi (miyokardiyal enfarktüs) sonrasında fonksiyonunu kaybetmiş yara dokusu Hastaların %40 ından fazlasında doku hasarı kalp nakli gerekqrmektedir.

Kardiyovasküler Doku Mühendisliği Tedavi amaçlı olarak; - Balon anjiyoplasq - Damar içi stent - Damar grab i ile by-pass Bütün tedavi yaklaşımlarında ortalama ömür 10 yıl olabilmektedir.

Kardiyovasküler Doku Mühendisliği Hücre Kaynağı Embriyonik kök hücre Mesenkimal kök hücre Endotelyal progenitör kök hücre Sinyaller VEGF TGF-β FGF BMP PDGF Ekstraselüler Matriks Matrijel Kollajen Alginate Fibrin PLA PGA

Kardiyovasküler Doku Mühendisliği ü Hangi kök hücre kaynağı kullanılmalıdır? ü Hücrelerin enjeksiyonu nasıl yapılmalıdır? ü Ne kadar hücre gereklidir? ü Hücreler ne zaman enjekte edilmelidir? ü Nasıl bir ekstraselüler matrik içeriği kullanılmalıdır?

Kardiyovasküler Doku Mühendisliği Doku mühendisliği çalışmalarında metodoloji çok önemlidir!!! 2007 yılında yapılan neredeyse birbirinin aynı olan iki çalışmada birbirinin tam zıl sonuçlar elde edilmişqr. - Aynı dahil etme kriterleri - Aynı hücre kaynağı - Aynı enjeksiyon yöntemi - Aynı enjeksiyon zamanı - Benzer fakat farklılıkları olan hücre hazırlama yöntemi Standardizasyon önemli! Seeger et al. European Heart Journal 28:766-772 (2007)

ve Gelecek Standardizasyon çalışmalarına ağırlık verilmelidir, - Ortak protokoller SenteQk Biyoloji - Doğal materyallerin senteqk olarak üreqlmesi (ekonomik olarak) Normal gelişim ve hastalık gelişim mekanizmalarının ayrınulı olarak aydınlaulması.

ve Gelecek Klinik probleme bağlı olarak doğru hücre kaynağı, sinyal molekül bileşenleri, scaffold protein ve materyallerinin doğru kombinasyonda kullanılması - Bilim insanı / Doktor / Mühendis ortak çalışması Kök hücre biyolojisi ve farklılaşma sürecinin in vitro ve in vivo ortamda kapsamlı olarak araşurılması