Son yıllarda hayatımıza iyice adapte olmuş 3 boyutlu yazıcılar farklı sektörlerde kendini kanıtlamayı başardı. Farklı materyaller kullanılarak çeşitli ürünler elde ettik. Her türlü tasarımsal projeyi yürütebildiğimiz, değişik meslek gruplarına göre gerekli işlevlerde kullanabildiğimiz bu yazıcılar geleceğimizin en önemli cihazlarından biri. Küçük objelerden başlayan 3 boyutlu yazıcı serüvenimiz; elbise, ayakkabı, ev eşyaları, oyuncaklar, silahlar, mimari projeler, yiyecek, çikolata ve hatta organ, deri üretmeye kadar ilerledi. Önümüzdeki 20 yıl içinde 3 boyutlu yazıcılardan üretilmiş kan dolaşımıyla uyumlu organların yapılabilir olması bile ihtimaller arasında.
Kullanım alanlarına göre ürettiği objeler değişebilen bu 3 boyutlu yazıcılar ile ilgili birçok yazı yazdık. Kimisinde sanal gerçekliği anlattık, kimisinde robotiğe yöneldik ve bazen farkındalık yaratmak için sosyal sorumluluk projelerini anlattık. Peki ya 3 boyutlu yazıcıların sağlık alanındaki ilerlemeleri?
Size biraz selülozdan bahsetmek istiyorum. Selüloz; Bitkilerde hücre yapısının büyük bir bölümünü oluşturan ve kağıt, yapay ipekle patlayıcı maddelerin yapımında kullanılan bir karbonhidrattır. Bakterilerin oluşturduğu selülozda atık madde bulunmadığı gibi çok miktarda su taşırlar ve yara üzerine uygulandıklarında yatıştırıcı etkiye sahiptirler. Doğal bir malzeme olması nedeniyle vücudumuzun bu maddeyi reddetme ihtimali oldukça düşüktür. Tüm bu nedenlerden dolayı organların korunma ve nakledilmeleri aşamalarından önce deri nakillerinin, [tooltip tip=”Biyosensörün görevi biyolojik bir olayın elktriksel sinyale dönüştürülmesidir. Biyosensörlerde analizlenecek madde ve yapılar genel olarak analit olarak adlandırılırlar.”]biyosensör[/tooltip]lerin ya da doku korunaklarının oluşturulmaları noktasında birçok potansiyel uygulamaya sahiptirler. Selüloz bu kadar değerliyse bunu neden 3 boyutlu yazıcılara uyarlamayalım? Tam da burada devreye ‘Yaşayan Mürekkep’ giriyor. Bu mürekkep sayesinde biyokimyasal maddeler üretmek mümkün oluyor. Flink (Functional living ink) adı verilen bu madde sayesinde artık 3 boyutlu yazıcıdan canlı organlar üretmek mümkün.
Tabii ki kolay olmayan bu yöntemde bir yandan bakteriyi canlı ve hareketli halde tutarken, diğer yandan baskı işlemi için gerekli özelliklere sahip olmasını sağlayacak materyale ihtiyaç duyuyoruz. Bunu engelleyebilmek için bu konu üzerinde çalışan ekip bakterilerin besin olarak tükettikleri şekeri kullanıyorlar. Bu sayede bakteri canlı kalıp selüloz üretmeye devam edebiliyor. Aynı zamanda sistemde parçalara ayrılarak tüm mürekkebin katılaşmadan önce baskı haznesinden akıp geçmesini sağlayacak bir çeşit ince cam boncuklar bulunuyor. Böylece selülozun büyük bir bölümü tam olarak basımı yapılan nesnenin yüzeyinde üretilmiş oluyor. Mürekkep basıldığında bakteri yoluna devam ederek oksijen ve çevreden daha fazla yiyecek oluşturabiliyor.
ETH Zurich grup üyeleri ve ilk yazarları Patrick Rühs ve Manuel Schaffner, çalışmalarında Pseudomonas putida ve Acetobacter xylinum bakterilerini kullandı. İlk bakterinin kimya endüstrisinde sıkça üretilen [tooltip tip=”Zehir, hücrelere ve yaşayan dokulara kimyasal, biyokimyasal ya da radyoaktif nitelikte zararlar veren her türlü maddeye verilen isimdir. Zehrin en tipik özelliği bu zararlı etkisini en küçük dozlarda bile göstermesidir.”]toksik[/tooltip] kimyasal [tooltip tip=”Kimyasal bir bileşiktir. Kömür katranının 160 – 240° arasındaki kademeli damıtılması sırasında naftalinle beraber elde edilir. Asit özelliği gösterir.”]fenol[/tooltip]ü etkisiz hale getirdiği, ikinci bakterinin ise yüksek saflıkta nanoselüloz ürettiği fark edildi. Bu bakteriyel selüloz ağrıları dindirebiliyor ve nemi koruyor. Ayrıca, dayanıklı olduğu için yanık tedavisinde potansiyel uygulamaları olabileceği düşünülüyor.
Burada dikkat edilmesi gereken önemli bir konu daha var: Mürekkep ne kadar sert olursa bakterilerin hareketleri de o kadar zor oluyor. Bunu önlemek için de mürekkebin baskı ucunu zorlamayacak şekilde sıvı olması gerekiyor. Aynı zamanda basılan nesneler sonraki katmanların ağırlığını destekleyecek kadar sağlam olmalıdır. Çok sıvı oldukları takdirde, kararlı yapıları bastırmak mümkün değildir, zira bu ağırlıklar onlara uygulanan ağırlık altında çöker. Schaffner başarılı formülü nasıl yaptığını anlatırken “Mürekkep diş macunu kadar yapışkan olmalı ve Nivea el kremi kıvamında olmalıdır.” diyor.
Neredeyse 15 yıldır bu konu üzerinde çalışan ekip biyo-mürekkep hakkında şunları da ekliyor; Biyo-mürekkep temeline dayanan deri, gerçek insan derisine benzeyen biçimde çevre koşullarına karşı koruma oluşturan üst deri katmanı epidermis ve cilde elastiklik, güç kazandıran, kolojen maddesini üreten alt katman deridermisten oluşuyor. Bu yazıcı santimetre karelik bir deri parçasını 35 dakikada üretiyor.
Rühs, “Bakteri içeren hidrojelleri kullanarak baskı yapmak çok büyük bir potansiyele sahip, çünkü orada çok çeşitli faydalı bakteri var.” diyor. Günümüzde araştırmalar eksik, yetersiz olduğu için insanlar mikroorganizmaları, bakterileri hep kötü olarak algılıyor. Rühs’ün “Çoğu insan bakterileri sadece hastalıklarla ilişkilendirir, ancak biz aslında bakteri olmadan hayatta kalamazdık.” ifadesi ile birlikte, araştırmacılar yeni mürekkeplerinin tamamen güvenli olduğuna inanıyorlar.
“Çığır açacak olan teknikler sebebiyle çok heyecanlıyız. 3 boyutlu biyo-yazıcı insan dokusunun üretilmesine dair bilinen tüm yöntemleri kökten değiştirebilir.”
Prof. Jose Luis Jorcano
Araştırmacılar, yeni geliştirdikleri mürekkebin farklı alanlarda da kullanılabileceğini savunuyor. Örneğin; içme suyundaki toksinleri belirleyebilen bakterilerin kullanıldığı 3 boyutlu yazıcının sensörü, petrol sızıntısı gibi olaylarda filtreler üretebilecek. Veya 3 boyutlu yazıcıda üretilen objeler bozunma sürecini araştırmak için kullanılabilecek. Başka bir örnek verecek olursak, günümüzde bilim insanları 3 boyutlu olan biyo-yazıcı yöntemini kullanarak gerçek insan derisi üretmeyi başardılar. Bu başarı sonucunda ürettikleri bu deriyi başka araştırmalarda, deri naklinde, yanık deri tedavisinde ve yapay iç organların üretilmesinde kullanabileceklerini ifade ettiler.
Tüm bu uygulamaların çok dışında, endüstriyel ürünlerin test edilmesinde, kimyasallarda ve kozmetik sektöründe yapay deri kullanılabilir. Yaşayan mürekkebe farklı bakteri tiplerinin eklenmesiyle biyo-yazıcı sayesinde organ dokuları oluşturulabilir, hasarlı olan veya hasta dokular yenileriyle değiştirilebilir.
Bu gelişmelerden çıkarımlarda bulunacak olursak günümüz şartlarında çok çok zor olan canlı organ naklini tarihe gömecek bir teknoloji ile karşı karşıyayız. Günümüzde her ne kadar ‘Organ bağışı hayat kurtarır, organlarınızı bağışlayın.’ Tarzında sosyal farkındalık yaratılmaya çalışılsa da ‘bencil yapımız’ veya DNA farklılıklarımız yüzünden bu çok da mümkün olamıyor. Gelecekte biyo-yazıcı ile üretilecek olan organlar sayesinde buna hiç gerek kalmayabilir. Belki de ilerleyen zamanlarda biyo-yazıcılardan üretilecek olan canlı hücreler sayesinde kanser bile ortadan kalkabilir. Geçmişte simyacıların aradığı ölümsüzlük iksirini bulmuş olabilir miyiz? Yoksa bu düşünce biraz fazla mı ütopik olur? Heyecanlanmadan, sakince yorumlayacak olursak; gelecekte yanan herhangi bir yerimiz için biyo-yazıcıdan üretilecek deri kısmi, o anlık görüntümüzü düzeltebilir, kendi derimizin onarımını sağlayabilir. Sadece bu bile tıpta yeni bir çığır değil midir?
Kaynak: Sciencedaily – Futurity