Hücre Tabaka Mühendisliği (Cell Sheet Engineering) Nedir?

Doku mühendisliğinin klinikte çözmeye çalıştığı genel problem; hasarlı, yapısal ve işlevsel olarak yeterliliğini kaybetmiş dokuların iyileştirilmesi, yeniden fonksiyonlandırılması veya onarımıdır. Biyomühendisliğin bu harika disiplinler arası kabul edilen bilim dalı, kendi içinde birçok biyomalzemeyi, tekniği ve hücre biyolojisi bilgilerini içinde barındırır. ECM yapısına benzer doku iskeletleri elde etmek ve bunun devamında bu iskelelere uygun hücrelerin ekilmesiyle başlayan bu sürecin tam anlamıyla başarılı olabilmesi için yapı içerisinde yeterli damarlaşmanın sağlanması gereklidir. Vaskülarizasyonda başarılı olamayan bir doku mühendisliği çalışması, kan ve besin maddelerinin hücrelere ulaşamaması, hücre metabolizması atıklarının uzaklaştırılması için gerekli olan taşınım sisteminin oluşmamasından dolayı başarısızlığa mahkûmdur. Kemik doku mühendisliğinden kornea doku mühendisliğine kadar neredeyse vücudun her kısmının yapay olarak üretilmesi ve fonksiyonlandırılabilmesi amaçlanan doku iskelesi üretimi, son yıllarda nanoteknolojik yaklaşımlarla alternatif doku eşlenikleri üretilmeye başlanmıştır. Fakat bahsettiğimiz dezavantajlar yüzünden bilim insanları “Hücre Tabaka Mühendisliği” (Cell Sheet Engineering)’ tekniğine yönlenmiştir.

Hücre tabaka mühendisliği, Okano ve ekibi tarafından literatürde ilk kez 1993 yılında önerilen ve umut vadeden doku mühendisliği tekniklerinden biridir. Hücre tabaka mühendisliği 3 boyutlu dokuya özgü hücresel tabakaları tek tek elde etmeyi hedeflemektedir. Geleneksel hücre kültürü tekniğinden farklı olarak, sıcaklık duyarlı polimerler ile yüzeyi kaplanmış hücre kültür kaplarının kullanılmasıyla hiçbir kimyasal maddeye gerek duyulmaksızın kültür kaplarının yüzeyinden hücreler tabaka halinde kaldırılarak elde edilebilmektedir. Hücre tabakası olarak adlandırdığımız kısım ECM, iyon kanalları, büyüme faktörü reseptörleri ve diğer önemli hücre yüzey proteinleri gibi bazı temel bileşenlerden oluşmaktadır. Hücre tabakaları sıcaklık indirgenmesi yöntemiyle elde edilmektedir. Bu teknik için öncelikle sıcaklığa duyarlı bir akıllı polimer, nanometre ölçeğinde kültür tabaklarına kaplanır. Ortamda oluşturulan sıcaklık farkına bağlı olarak polimerin yapısında gerçekleşen konformasyonel değişikliklere bağlı olarak hücreleri kültür kabı yüzeyinden tabaka halinde kaldırılır. Hidrofobik özellikte olan polimer, sıcaklık 32 °C’nin altına düşürüldüğünde hidrofilik bir karakter sergilemektedir. Böylece hem hücre canlılığının maksimum düzeyde korunmakta hem de hücre yüzey proteinlerine zarar gelmemektedir.

Cell Shet Tabakalarının Kullanım Alanları

• Elde edilen tabakalar, yama olarak vücuttaki bir çok canlı dokuya aktarılması
• 3 boyutlu doku eşleniklerinin üretiminde
• Hasar görmüş ya da fonksiyon kaybına uğramış doku ve organların onarılmasında
• Korneal rekonstrüksiyonda
• Myoblast hücre tabakası olarak kardiyak greft uygulamalarında
• Sinir doku mühendisliği çalışmalarında
• Periodantal doku mühendisliği çalışmalarında
• Damar doku mühendisliği çalışmalarında
• Özefagus mukoza grefti olarak kullanılmaktadır