SAĞLIKTA YENİ UMUT IŞIĞI: 3D YAZICILAR

3D PRİNTER TEKNOLOJİSİ KULLANIMI GÜN GEÇTİKÇE ARTIYOR. SON YILLARDA SAĞLIK SEKTÖRÜNDE DE HIZLA YAYGINLAŞAN 3D YAZICI UYGULAMALARIYLA, HASTANELER BİLE YAKIN GELECEKTE TARİH OLABİLİR! 3 BOYUTLU YAZICI SAYESİNDE CANLI HÜCRELERİN KULLANILDIĞI ÇEŞİTLİ İNSAN ORGANLARI TASARLANMAYA BİLE BAŞLANDI. ARAŞTIRMACILAR 3D BİO-YAZICI KARTUŞU İÇİNDEKİ HÜCRE VE BENZERİ BİO-MATERYALLERLE KULAK, BURUN VE YÜZ GİBİ ÇEŞİTLİ UZUVLAR YAPABİLİYOR.

3D yazıcı ile organ üretmek! Eminiz ki bir yerlerde okuduğunuzda ya da duyduğunuzda size de ilginç gelmiştir. ‘Bu kadarı da mümkün değildir’ diye düşündüğümüz çoğu şeye artık bu teknoloji sayesinde şahit olabiliyoruz.

Organlar, insanın yaşamını sürdürebilmesi için olmazsa olmaz biyolojik parçalar ve organların yenilenmesi oldukça zor. Bu pahalı vücut parçalarımızın yenilenmesi bir tek organ bağışı ile mümkün olabilmekte. Günümüzde de organa ihtiyacı olan birçok hasta mevcutken nakil ameliyatları maalesef çok fazla sayıda değil. Bu sorunu ortadan kaldıracak bir teknoloji üzerine yıllardır çalışmalar yapılıyor. Yapılan çalışmanın adı: “3 boyutlu yazıcılar yardımıyla organlar üretimi.” Üç boyutlu biyo-yazıcılar, özellikle tıp alanında kullanılan ve pek çok sorun için umut vaat edici çözümler üreten ileri teknolojik biyomedikal cihazlar. Bu cihazlarda 3D (3 boyutlu) baskı ise bir modelin çıktısının alınması olayı. 3D yazıcılar bilgisayar kontrollü endüstriyel bir robot türü aslında. Bu çalışmalar yakın zamanda sonuçlarını da vermeye başladı.

3D Printer teknolojisi ile öncelikle eşyalar basıldı; telefon kabı, gözlük, ayakkabı, elbise, mimari modeller… Uygulama en önemli aşamasını ise sağlık sektöründe gösterdi. Yapay organ basımı denemeleri, eksik kemik parçalarını tamamlama ve kişiye özel protez yapımı gibi araştırmalar ile şimdilerde geleceğin umut ışığı olma yolunda hızla ilerliyor.

Gün geçtikçe kullanımı artan 3D yazıcılardan üretilen protezler, yapay organ denemeleri gelecekte günümüzde sorun olarak görülen birçok hastalığa çözüm olacak gibi duruyor. Yaşam şartlarını geliştirmenin yanı sıra 3D Printerlar hayat kurtarmayı da başarıyor. İngiltere’de 3 boyutlu yazıcı kullanılarak üretilen leğen kemiğinin nakledildiği bir kanser hastası değnek yardımı ile yürümeyi başarabiliyor. Bir diğer önemli hayat kurtaran operasyon ise Hollanda’da yapıldı. 23 yaşındaki bir hastanın kafatası 3D yazıcıdan üretilmiş sentetik bir kafatası ile değiştirildi ve bu yöntem ile hastanın önceki yöntemlere göre daha olumlu bir sonuç verdiği gözlemlendi. Bu sayede hasta beyin fonksiyonlarını çok daha rahat şekilde geri kazanıyor. Tüm bu uygulamaların yanında sektörde medikal alanda 3 boyutlu yazıcılar ile yapay organ üretilebilmesi için çalışmalar dünyada tüm hızla sürdürülüyor.

Dünya Bankası Danışmanı Dr. Melanie Walker 2030’dan itibaren artık hastanelerin eski işlevini kaybedeceğini ve daha çok, motor yarışlarında pit-stop’a giren araçlar gibi, hastaneye girip düzeltilip çıkılacağına dikkat çekiyor. Teşhisin her geçen gün kolaylaştığını ifade eden Walker, gelecekte tek bir cihazın içine girip tüm vücut fonksiyonlarımızı taratabileceğimizi belirtiyor. Ayrıca giyilebilir cihazlarımız sürekli vücudumuzun durumunu kontrol edip veri depolarken, vücudumuzun içinde dolaşan nanorobotlar da içimizde olan bitenler hakkında sürekli bilgi sahibi olmamızı sağlayacak.

Sistem nasıl çalışıyor?
Üç boyutlu baskı işlemi, canlı hücrelerin hassas konumlandırılmasıyla karmaşık biyolojik yapıların (doku ve organ) katman katman oluşturulmasından ileri gelmekte. 3 boyutlu yazıcılarda mürekkep yerine hücreler kullanılmakta. Baskı işleminin yapılabilmesi için ilk önce taklit edilecek doku veya organın detaylı bir şekilde incelenmesi gerekmekte. Yazıcı hafızasına yüklenen bu bilgiler ışığında doku veya organ basımı mümkün hale gelmekte. İlk olarak kemik ve kıkırdak dokusu basılırken daha sonra kulak ve burun baskıları alınmaya başlamış, şimdilerde ise karaciğer ve böbrek baskıları alınmaya çalışılmakta.

3D biyo yazıcılar ile organ üretimi 7 saat gibi kısa sürelerde üretilebilmekte. Organ nakli bekleyen zor durumdaki insanları düşündüğümüzde bu gerçekten sevindirici bir haber… İnsan vücuduna yüzde 100 uyum sağlayabilen organ üretimi için daha fazla çalışılması gerekli ancak şimdiden bu teknolojinin yüksek rağbet göreceği kesin.

Günümüzde birebir yapay organ üretilemese de özellikle ameliyat öncesinde doktorlar çektikleri MR’lar yardımı ile ameliyat edilecek bölgenin 3 boyutlu haritasını oluşturuyor ve bunu 3D printerlar ile basabiliyorlar. Böylelikle hekimler operasyon sırasında ne ile karşılaşacağını görmüş ve yol haritasını daha rahat çıkarmış oluyor. Ameliyat öncesinde böyle bir öngörüyü bilmek operasyonun başarısı açısından da büyük bir artı teşkil ediyor. Aynı şekilde diş, çene ameliyatlarında rahatsızlık yaşanan operasyon yapılacak kısım taranıp 3 boyutlu şekilde basılabiliyor. Hekimler nereden nasıl bir işlem uygulayacağını böylelikle önceden görmüş oluyor. Teknolojinin gelişmesi ile ilerleyen yıllarda ortalama insan ömrünün daha çok artacağı ve insanların yaşadıkları talihsizlik ve rahatsızlıklarının tedavi ve çözümünü 3D Printerlar ile daha rahat bulunacağı öngörülüyor.

3D printer teknolojisi nasıl başladı?
1990’larda başlayan biyolojik gelişmeler 2000’lere girdikten sonra da hızla devam etti. 2010’lara girdiğimizde ise artık gelişmeler biyolojiden ziyade robotik, yapay zekâ, 3D yazıcı, yapay sinir ağları gibi alanlardan gelmeye başladı. Bu alanlardaki gelişmeler sağlık teknolojilerini de etkiledi. Teşhis koymak ve ameliyat yapmak çok daha zahmetsiz bir hale geldi. İlk 3 boyutlu yazıcı ile canlı doku üretimi 2009’da Novagen 3d Printing Technology’le başladı. İlk zamanlarda sadece doku baskısı alınabilirken bugünlerde organ baskısı alınabiliyor. Bu baskı teknolojisi en çok kemik ve kıkırdak dokusu baskısı alınırken kullanılıyor. Hangzhou Elektronik Bilimler ve Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar 3 boyutlu yazıcı sayesinde kulak ve burun baskısı alabiliyor. Geçtiğimiz günlerde Hollandalı bilim insanlarının, 3 boyutlu yazıcı yardımıyla ürettikleri en büyük kafatası implantı 22 yaşında, kemik rahatsızlığı olan bir hastaya yerleştirildi. Kafatası kemiğinin yerini alacak olan implant hastaya özel, dayanıklı plastik malzemeden üretildi.

3 boyutlu yazıcıda kemik ve kıkırdak dokusu dışında diğer organlar için de baskı teknolojisi geliştiriliyor. Bunlardan en önemlisi karaciğer… 3 boyutlu yazıcıda kalınlığı 500 mikrona kadar olan karaciğer dokusu üretildi. 3 boyutlu yazıcıdan ilk baskısını alınacak olan organ olan karaciğerin önümüzdeki yıl sergilenmesi bekleniyor. Önümüzdeki yıl sunulması planlanan karaciğer en az 40 gün doğal fiziksel yapısını koruyabilecek ve tamamen işlevselliğini sürdürebilecek. Üretilen ilk karaciğer sadece medikal çalışmalar ve ilaç araştırmaları için kullanılması planlanıyor. Organ nakli bekleyen hastalar için 3 boyutlu yazıcı teknolojisi kolay ulaşılması ve maliyetinin düşük olması sebebiyle büyük önem taşıyor.

Türkiye’deki çalışmalar
Peki, ülkemizde 3D Printer teknolojisiyle ilgili durum nasıl? Türkiye’de Sabancı Üniversitesi Nanoteknoloji Uygulama ve Araştırma Merkezi bu işin öncülerinden. Üniversite dünyanın ilk 3 boyutlu biyo-yazıcı ve insan canlı hücreleri kullanarak aort damarı üretti. Üniversitenin Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Üretim Sistemleri Programı Öğretim Üyesi Doç. Dr. Bahattin Koç ve ekibi çatallanan damarları üretme çalışmaları yapıyor. TÜBİTAK’ın destek verdiği 300 bin liralık projeyle aort üreten ekip, MR kullanarak Türkiye’de ve dünyada ilk kez Aort damarı doku örneğini, hücreleri ve destek yapılarını kat kat 3D basarak oluşturuldu. Proje ekibi, ilk defa canlı hücreler kullanarak 3D Yazıcı ile aort benzeri, anatomik yapısına uygun, büyük damar dokusu üretti.

Projenin başındaki isim Dr. Bahattin Koç: “Aort damarı vücuttaki en büyük ve tek damar olduğu için vücudun başka yerinden alınacak damarla tedavisi mümkün değil. Tedavide sentetik damarlar kullanılıyor ama insanın kendi damarları gibi olmuyor. 3 boyutlu yazıcıyla doku ve organ üreteceksek bu doku ve organların beslenmesi için damar dokusu oluşturulmalı. Çalışmamızla, abdominal (karın) aort damarı hastanın kendi hücre veya kök hücrelerini kullanarak üretebilecek ve yapay damar hastalara nakledilebilecek. İlaç sanayi, denemelerini bu yolla üretilmiş dokularda yapabilir.” diyor. Projenin hedefi ise hastanın ihtiyacına göre kendi hücrelerini ve kök hücrelerini kullanarak, gereken doku, hatta organı üretmek. Böylece, hastanın vücudunun organı reddetmesi gibi bir durumda ortadan kalkmış olacak.

Gelecekte organ ve doku kaybı sona erebilir!
Gelecekte insan vücudunda eksik kalan parçaların mekanik düzende üretilip tamamlanacağı ön görülürken bu konuda 3D baskı sistemleri önemli rol oynayacak gibi duruyor. Çünkü şekil ve geometriyi tesadüfe bağlı kalmadan var olan şekliyle üreten bu teknoloji estetik açıdan da iyi ürünler ortaya koyabilecektir. Şu anda halen büyük yatırımlar bekleyen tasarı sürecinde bile birçok ilgili ilgisiz ürün sergilenmeye başlanmış.

Sağlık alanında 3D baskı kullanımı şu anda aktif olarak titanyum implant üretimine odaklanmış durumda. Zaten titanyum diş implantları hâlihazırda çok fazla kullanılmakta. Eğer 3D teknolojisi iyi bir şekilde uygulanabilirse özellikle yaşlılarda sıkça görülen kalça kırılmalarından eklem tamamlayıcı olarak titanyum implantlar kullanılabilecek. 3D baskının bu konudaki avantajı organların ölçülerine göre girilen veriyi aynen şekle dönüştürmesi. Yani bu konuda herhangi bir seri üretim veya kalıba ihtiyaç duymamakta… Bilim adamları bu teknoloji konusunda öyle umutlular ki sağlık alanında yaşayan ve üreyebilen hücreler içeren dokuların da yapılabileceğine inanıyorlar. Eğer yapılan çalışmalar sonuç verir de hedeflenen gerçekleştirilirse organ ve doku kayıplarında çok daha radikal bir tedavi yöntemi uygulanabilecek. Ancak şu an için bunun ne oranda başarılı olabileceğini kestirmek güç. Çünkü üretim yapılırken canlılığın korunması ve kullanılan doku parçalarının birbiriyle uyumu tahmin edebildiğimizden çok daha zor.

Yaşayan canlı doku ve organ üretimine uzak olsak da 3D teknolojiyse yakın zamanda kulak kapakçığı, kemik implantları gibi dışarıdan alabileceğimiz cansın parçaların üretilmesine kesin gözüyle bakılmakta. En basitinden iskelet sistemine destek olabilecek bir yapı bile kişisel ölçülerle üretilebilecek.

3D TEKNOLOJİSİYLE NELER YAPILDI?
3D yazıcılar, tıp sektöründe, biyolojik dokuların ve yapay organ üretiminde hücrelerin tutunabileceği kalıpların hazırlanmasında, kimyasal bileşik veya ilaç üretiminde, farklı fonksiyonlara sahip protein moleküllerinin biyokimyada tasarlanmasında, nano teknolojide ve biyomedikal sektörü parça üretiminde kullanılmaya başlamış durumda.

-ABD’li bir araştırmacı geçtiğimiz yıl bir hastadan alınan dokuları işleyerek, altı saat içerisinde 3D yazıcıdan böbrek basmayı başardı.
-Belçika’da yapılan bir araştırmada ise iki ayrı hastaya 3D yazıcıda basılmış yüz ve çene takıldı.
-3D yazıcıların bir diğer kullanım alanı ise yiyecek basmak. Üzerinde çalışılan konulardan biri olan yiyecek baskısı ile ilgili bazı adımlar da atıldı. Örneğin pizza yapabilen ve çikolata basabilen yazıcılar bulunuyor. Bunları bir adım öteye taşıyıp farklı içerikleri bir araya getirebilecek yazıcılar üzerinde de çalışmalar yapılıyor.
-Üniversiteler yeni yıl bütçelerine 3D yazıcıyı kesinlikle ekliyorlar. Fiyatların ucuzlamasıyla erişilebilir duruma gelen cihazlar, eğitim sektöründe de yeni olanaklar sağlıyor. Çin merkezli WinSun firması, tamamı 3D yazıcılarda basılan materyalden oluşan beş katlı bina ve 1100 metrekarelik villa yaptı. Dünyanın ilk 3D yazıcısında basılan bina, Suzhou Industrial Park’ta gösterime sunuldu. WinSun firması, Mart 2014’te yaptığı açıklamada 24 saat içinde 3D yazıcı ile 10 tane ev bastığını duyurmuştu. Şirketin, üretim materyali olarak sanayi atığı ve inşaat malzemesi kullandığını ve karışımın çabuk kuruyan beton ile birleştirerek basımı gerçekleştirdiği de biliniyor.
-Stratasys, MakerBot, Organovo ve Inno3D gibi firmaların yaptığı araştırmalar ile gelişen 3D yazıcı pazarı, başta yapay organların üretilmesi ve 3D teknolojiyle üretilen bataryaların hazırlanması olmak üzere birçok alanda önemli değişiklileri beraberinde getiriyor. Gartner’in araştırmasına göre 2018 yılına gelindiğinde satılan 3D yazıcıların sayısı yıllık 2,3 milyonu bulacak.