Her yıl binlerce insan retina üzerindeki ışığa duyarlı fotoreseptörlere kalıcı olarak hasar veren kazalar yaşamaktadır. Bu rahatsızlıklardan en bilineni makula dejenerasyonudur. Aynı zamanda sarı nokta hastalığı olarak bilinir. Genellikle kalıtımla geçen, sigara içen ve yetersiz beslenen kişilerde görülmektedir. Makula, baktığımız yerdeki detayları daha iyi görmemizi sağlayan bölgedir. Gözün arka kısmında bulunur ve 5 mm çapındadır. Hastalar makula dejenerasyonu sonucunda karanlık veya bulanık görmekten şikayet ederler.
UW Madison Üniversitesi’ndeki bilim insanları hasarlı retinanın altına yerleştirilecek yüksek yoğunluklu fotoreseptör değişimi için tasarlanan biyobozunur doku iskelesi geliştirdi. İskele (scaffold), doku mühendisliği yöntemleri ile pluripotent kök hücrelerden hazırlandı. Aralarında biyomedikal mühendisliği profesörü ve biyomalzeme uzmanlarının da bulunduğu ekip; 2018 yılında geliştirdikleri fotoreseptörler için şarap kadehi şeklinde polimer iskele kullanmıştı. Ancak gözeneklere yeterli sayıda reseptör sığmadığı için optimal bir tasarım olmadığını kabul ederek yeni bir çalışma başlattılar.
İskelenin Yapısı
Araştırmacılar ikinci nesil iskelenin daha kolay bozunarak fotoreseptörlerin salınımını kolaylaştırması için kullanılan biyomalzemeyi azalttılar. Yeni tasarımda şarap kadehi iskelesinden 3 kat fazla hücre tutabilen buz küpü tepsisi tasarımını kullandılar. İskele iki ay içinde retinada oldukça hızlı bir şekilde bozunmaktadır. Bunun yanında fotoreseptörleri tutabilmesi için eski yapıya göre daha yüksek mukavemette. Küpler birden fazla fotoreseptörün sığmasını sağlayacak büyüklükte (29/25/25 μm) tasarlanmıştır. Aynı zamanda hücrelerin deliklerden kaçmasını önlemek için delik çapı 5 μm’den az olacak şekilde ayarlanmıştır.
Biyomalzemenin Seçimi
İskelenin retinaya implante edilebilmesi için yüksek biyouyumlulukta ve retinanın mekanik özelliklerine uyumlu olması gerekir. Retinanın Young Modülü 0,2Mpa’dır. Bu retinayı oldukça esnek ve kırılgan hale getirir. Buz küpü iskelesi bu rakamın fazla üstüne çıkmadan güvenli seviyede (1 MPa) Young Modülü kullanılarak sertlik ihtiyacı gözün eğriliğine uygun olacak şekilde sonlu elemanlar analizi yöntemi ile tasarlanmıştır. İskelenin yapısındaki polimer de gözün yapısına uygun olmalıdır. Bunun için gözdeki konakçı hücrelere zarar vermeyen ve retinaya biyouyumluluğu kanıtlanmış olan poligliserol-sebasat (PGS) polimeri kullandılar. PGS in vivo ortamda hızlı, in vitro ortamda yavaş bozunmaya uğrayarak iskele için en ideal kombinasyonu sağlar.
Ancak deneyler sonucunda araştırmacılar mikro kalıplardan sökülen iskelede çatlaklar ve yapısal kusurlar meydana geldiğini gördü. Elde edilen iskele kullanılamaz durumdaydı. Sonrasında PGS polimerinin izopropil alkol içinde şiştiğini fark ettiler. Bunun sonucunda iskeleyi izopropil alkol ile ıslatarak yüzeyden kusursuzca ayırdılar.
Son aşamada araştırmacılar iskeleyi steril hale getirerek fotoreseptörleri eklediler. İskele polimerden yapıldığı için sterilizasyonu oldukça hassastır. Bunun için polimerleri sterilize etmede yaygın olarak kullanılan etilen oksit gazı kullanılmıştır.
Bilim insanları tüm bu çalışmalar sonunda makulada 300.000 den fazla reseptörü tutabilen sağlam bir iskele ürettiler. Yarıiletkenler uzmanı Zhenqiang Ma, sonuçların heyecan verici olduğunu ve bu çalışma sonrasında ticarileşmenin ve seri üretime geçmenin kolaylaştığını söyledi. Aynı zamanda bu yaklaşımın başka dokularda hücre iletimi için mikro ve nano ölçekli yapının üretiminde de faydalı olabileceği düşünülmektedir.
Kaynaklar
- Science Advances – Ultrathin Micromolded 3D Scaffolds for high-density Photoreceptor Layer Reconstruction
- medicalxpress.com
- wikipedia.org
