3D biyo yazıcılar , hücreler ve büyüme faktörleri gibi biyomalzemelerin doğal dokuları taklit edebileceği şekilde doku benzeri yapılar oluşturulması için kullanılan bir yazıcıdır [1].
Temel çalışma yapısı bilinen 3D yazıcılarla aynıdır. Dijital bir model, tabaka tabaka işlenerek 3 boyutlu bir nesneye dönüştürülür. 3D biyo yazıcıları bilinen 3D yazıcılardan farklı kılan,olaya bilimkurgu filmi efekti katan şey ise bioink olarak adlandırılan, canlı hücrelerin yer aldığı baskı malzemesidir[2]. 3D biyo yazıcılarda bionik kullanarak nesne oluşturma tekniği tıp ve Biyomühendislik alanlarında yaygın olarak uygulanabilir [1].
Bioink Nedir?
Bioink, 3D baskı teknolojisini kullanarak mühendislik kullanarak (yapay) canlı doku üretmek için kullanılan malzemedir. Sadece hücrelerden oluşabilir, ancak çoğu durumda hücreleri saran ek bir taşıyıcı malzeme de eklenir. Bu taşıyıcı malzeme genellikle bir 3D moleküler iskele görevi gören bir biyopolimer jeldir. Hücreler bu jele tutunur ve bu onların dağılmasını, büyümesini ve çoğalmasını sağlar. Önemli kısım, jel baskı işlemi sırasında hücrelere de koruma sağlar. Önemi o kadar yüksektir ki, “bioink” terimi, üzerinde büyüyebilecek hücrelerden bağımsız olarak, taşıyıcı jeli tek başına tanımlamak için sıklıkla kullanılır [3].
Şekil 1. Bioink ‘in jel hali [4]
3D Biyo Yazıcılar Nasıl Çalışır?
Tıpkı geleneksel 3D yazıcıda olan inkjet, ekstruzyon ,lazer gibi farklı çalışma metotlarıyla çalışan farklı 3D biyo yazıcılar mevcuttur.
Şekil 2. Biyo yazıcıların çalışma prensibi
Yine de genel olarak çalışma esnasında benzer adımlar gerçekleşmektedir [2].
Bunlar:
3D Görüntüleme:
Dokunun tam boyutlarını elde etmek için standart bir CT (Bilgisayarlı tomografi ) veya MRI taraması kullanılır. 3D görüntüleme, cerrahın çok az veya hiç ayar gerektirmeden dokunun mükemmel bir şekilde oturmasını sağlamalıdır.
3D modelleme:
AutoCAD yazılımı kullanılarak bir taslak oluşturulur. Taslak, aynı zamanda, yüksek detaylı olarak katman katman talimatları içerir. Transferde oluşabilecek kusurları önlemek için bu aşamada ince ayarlamalar yapılmalıdır [1].
Bioink Hazırlama:
Kullanım alanına ve amacına göre özelleştirilmiş bioinkler oluşturulur.
Baskı:
Bioink, kalınlığının 0,5 mm veya daha az olduğu tabakalar halinde, tabaka tabaka baskı tablasının üzerinden yukarı doğru biriktirilir. Daha küçük veya daha büyük birikintilerin verilmesi, çıkış ucu sayısına ve yazdırılan doku türüne bağlıdır. Karışım, ağızlıktan akışkan olarak çıkar.
Katılaşma:
Birikme oluştukça, tabaka yapışkan bir sıvı olarak başlar ve formunu korumak için katılaşır. Bu, devamlı olarak daha fazla tabaka biriktirildiğinde olur. Birleştirme ve katılaşma işlemi çapraz bağlanma olarak bilinir ve belirli kimyasallar ,UV ışığı veya ısı (tipik olarak bir UV ışık referansı yoluyla iletilir) bu işleme yardımcı olmaktadır [2].
3D Biyo Yazıcının Önemi Nedir?
Biyolojik baskının en büyük önemi, insan doku ve organlarının gerçek mikro ve makro ortamını taklit eden doku benzeri yapılarında yatmaktadır. Bu uygulama sonucunda oluşan yapılar,ilaç testi ve klinik denemelerde hayvan deneylerine duyulan ihtiyacı azaltmada kritik öneme sahiptir [1].
Şekil 3. 3D Biyo yazıcı ile organ basımı
Biyo baskı hastalıkların tedavisinde kullanılabilecek yöntemlerdendir. Örneğin 3D biyo yazıcılarla üretilmiş bir örnek dokuyla, uygulanabilecek tedaviler test edilebilir ve böylece tedavi yöntemleri geliştirilebilir.
Teorik olarak 3D biyo yazıcılar organ nakli ve organ bağışı sorunun da önüne geçebilir. Organ nakli için henüz etik sorunlar çözülememiş olsa da; 3D biyo yazıcılar, gelecekte teknoloji geliştikçe organ nakli sorunlarının büyük oranda önüne geçebilecek bir teknolojidir.
Organ naklinin yanında zarar görmüş dokuların onarılması ve iyileştirilmesi için de 3D biyo yazıcılar kullanılabilmektedir. Böylece tedaviler hastaya göre özelleştirilebilirler[2].
Şekil 4. 3D biyo yazıcıyla üretilmiş kulak.[5]
Şimdiye Kadar Yapılmış Bazı 3D Biyo Yazıcı Uygulamaları :
İlk 3D yazıcı ile canlı doku üretimi 2009’da, Novagen 3D yazıcı teknolojisi ile başlamıştır.
2012 yılında 3D biyo yazıcı ile domuz aort kapağından alınan hücreleri kullanarak aort kapak iskeletleri üretilmiştir. Aynı yıl bir insan kalbinden alınmış alginat jel yüklü kardiyomiyosit progenitör hücresi ile % 92 yaşayabilirliği olan invitro kalp üretmek için kullanıldı.
NovoGen MMX Bioprinter-Organovo 2015 yılında 3D yazıcı kullanılarak kalınlığı 500 mikrona kadar olan karaciğer dokusu üretmiştir. Bu karaciğer en az 40 gün doğal fiziksel yapısını koruyabiliyor ve tamamen fonksiyonelliğini sürdürebiliyordu[6].
2016 yılında Fransız kozmetik firması L'Oreal, biyo-mühendislik şirketi Organovo ile insan cildini 3 boyutlu yazdırmak için işbirliği yapmaya karar vermiştir. Bununla birlikte o yıl ürün testlerinde baskılı derinin kullanılacağını söylenmiştirler[7].
(2016) Nature Biotechnology’de bulunan bir araştırmaya göre, canlı hücrelerden 3D yazıcı ile kulak üretilmiştir[6].
Kaynakça:
[1] https://all3dp.com/2/what-is-3d-bioprinting-simply-explained/ Erişim Tarihi:11/05/2021
Erişim Tarihi: 11/05/2021
[3] https://all3dp.com/2/for-ricardo-what-is-bioink-simply-explained/ Erişim Tarihi: 11/05/2021
[4] https://www.biogelx.com/properties-of-ideal-bioink/ Erişim Tarihi:11/05/2021
[5] https://umutkilic.com.tr/3d-bio-yazici-bioprinter-nedir/ Erişim Tarihi:11/05/2021
[6] https://www.akademikakil.com/3d-uc-boyutlu-yazicilar- Erişim Tarihi: 11/05/2021
[7] https://www.bbc.com/news/technology-32795169 Erişim Tarihi: 11/05/2021