Petri Kabında İnsan Derisi

Deri vücudun en büyük organıdır. Vücudu mekanik darbelere, güneşin zararlı ışınlarına ve patojenik mikrobiyal ajanlara karşı korur. Deri, kan damarları ve sinirleri içeren dermis ve epidermis tabakalarından oluşmaktadır. Büyük kısmı keratinosit tabakalarından meydana gelen epidermis, dermisten bazal membran ile ayrılmaktadır. Yüksek geçirgenliğe sahip olan epidermis, vücudun su kaybını kontrol eden ve vücudu dış darbelere karşı koruyan bir bariyer görevi yapmaktadır. Dermis ise çoğunlukla hücredışı matris (ECM) (kolajen, elastin ve glikozaminglikanlar)'den ve fibroblast hücrelerinden oluşmaktadır. Bu tabaka deriye fiziksel kuvvet ve esneklik sağlar ve damar ve lenfatik sistemi destekler. Deri dokusu kayıpları mekanik travma, cerrahi müdahaleler, düşük kan sirkülasyonu, yanıklar ve yaşlanma sonucu görülebilir.

Bir çok yara kendiliğinden iyileşir fakat, derin veya kendiliğinden düzelemeyen yaraların iyileşmesi için kapatılması gerekmektedir. Geniş ve derin yaraların tedavisinde ilk uygulanan geleneksel yaklaşım, hastanın vücudunun başka bir bölümünden alınan kendi derisinin (otogreft) ya da başka bir kişiden alınan derinin (allogreft) kullanımıdır. Ancak derinin alındığı bölgede oluşabilecek olan ağrı, enfeksiyon, yara izi gibi dezavantajlar otogreft ve allogreftlerin kullanımını sınırlamaktadır. Son zamanlarda, özellikle otogreft derinin uygulanmasının zor olduğu, geniş bölgesel yanıklarda doku mühendisliği yaklaşımı ile üretilen malzemelerin kullanımı geniş uygulama bulmuştur. Doku mühendisliği, bir doku iskelesi kullanılarak hücrelerin ve biyosinyal moleküllerinin varlığında (ya da sadece doku iskelesi ile) derinin onarımı ve yenilenmesini hedeflemektedir. Bu amaçla, halen doku iskelelerinin yapımında doğal ve sentetik polimerler kullanılmaktadır. Kolajen deri dokusu kayıplarının giderilmesinde en çok kullanılan doğal polimerdir.

Kolajen, dermal tabakanın ana ECM proteinidir. Kolajenin doğal ECM'e benzeyen yapısal ve işlevsel özellikleri yara tedavisinde kolajen matrislerinin kullanılmasını yaygınlaştırmıştır. Kolajen doku ve organların oluşumunda önemli rol oynar ve çeşitli hücrelerin ifadesine katılır. Deri doku mühendisliğinde kolajen örtü ya da matrisler genelde hidrojel, sünger veya film formundadır. Bunlardan kolajen süngerler, asidik kollajen çözeltisinin dondurularak kurutulmasıyla elde edilir. Kolajen süngerler, diğer formlara göre daha iyi mekanik özelliklere sahiptir ve deri doku mühendisliği uygulamalarında daha etkilidir.

Bilindiği üzere dermis tabakasındaki doğal ECM nanoboyutta kolajen fiberlerden oluşmaktadır ve bu da yapısal bütünlüğü ve derinin mekanik kuvvetini sağlamaktadır. Bu nedenle ECM'nin doğal yapısını taklit edebilecek nano fiberler yara iyileşmesinde önemlidir. Bir çok fiber fabrikasyon metodu vardır. Bunlar; fiber çekme, kalıp sentezleri, sıcaklığa dayalı faz ayırma ve elektroeğirmedir. Bunlardan sadece elektroeğirme yöntemi çeşitli polimerik nanofiberler oluşturmak için etkili bir yöntemdir.

Kolajenin birçok biyomedikal uygulamadaki kullanımı düşük termal stabilitesi, kötü çözelti stabilitesi ve düşük mekanik kuvveti nedeniyle kısıtlanmaktadır. Bu özellikleri engellemek için kolajen kimyasal olarak çapraz bağlanmaktadır.

Bu projede de doku mühendisliği yaklaşımıyla tasarlanacak olan doku iskelesinin doğal doku ile kolay uyum sağlaması için, dermis tabakasının %70'ini oluşturan doğal polimer olan kolajen, doku iskelesinde kullanılacak olan malzeme olarak seçilmiştir. Yapılan doku iskelesinin derinin epidermis ve dermis tabakalarına benzer yapıda olmasını sağlamak için doku iskelesi farklı gözenek boyutlarına sahip ayrı iki katman olarak tasarlanmıştır. Alt katman dermis tabakasının iyileşmesine yönelik olmalıdır. Bu nedenle dermis tabakasındaki fibroblast hücrelerinin çoğalmasını hızlandırması için büyük gözenekli olarak tasarlanmıştır. Bu büyük gözeneklere sahip doku iskelesi asidik kolajen çözeltisinin dondurularak kurutulmasıyla yapılacaktır. Üst katmanın ise hem epidermis tabakasının koruyucu görevini yapabilmesi ve hem de oksijen geçişine izin verecek yapıda olması gerekmektedir. İstenen bu yapının elde edilebilmesi için nano fiberler oluşan ve nano gözenekleri olan film tabakası, dondurarak kurutma yöntemiyle yapılan kolajen sünger üzerine elektroeğirme yöntemiyle kaplanöıştır. Yaralarda enfeksiyon oluşumunu önlemek amacıyla yara iyileşme sürecinde antibiyotik tedavisi oldukça yaygındır. Bu projede, yarada meydana gelebilecek enfeksiyonların önüne geçilmesi için antibiyotik tedavisi yerine üretilen doku iskelesine antibakteriyel ajanlar yüklenmiştir. Antibakteriyel ajan olarak da gösterdiği antibakteriyel özellikle literatürde bir çok çalışmada kullanılan gümüş nano partiküller seçilmiştir. Üretilen doku iskelesinin nanofiberlerden oluşan üst tabakasına gümüş nano partiküller yüklenerek, çift katmanlı doku iskelesinin antibakteriyel özelliğinin arttırılması amaçlanmıştır. Yara iyileşmesini hızlandırdığı bilinen fibrinojen, kolajen doku iskelelerine yüklenerek iyileşme sürecinin kısaltılması amaçlanmıştır. Tasarlanan yapının kullanım amacına uygunluğu belirlemek amacıyla dermis tabakasında bulunan hücre tipi olan fibroblast kullanılarak hücre kültür çalışmaları yapılacaktır. Üretilen doku iskeleleri hayvanlarda denenerek yaralardaki etkisi incelenecek ve şu an piyasadaki ticari ürünlerin etkisinden farkı gözlenecektir.



Gürhan UZUNALAN

Yıldız Teknik Üniversitesi