Üç boyutlu biyo yazıcı ile kompleks geometride büyük ölçekli insan damar doku eldesi
3D bioprinting of complex and large-scale human vessel tissue substitute
Yazar: LEVENT AYDIN
Danışman: PROF. DR. SERDAR KÜÇÜK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyomedikal mühendisliği = Biomedical engineering ; Biyopolimerler = Biopolymers ; Doku kültürü = Tissue culture ; Esnek imalat sistemleri =   ; Hidrojeller = Hydrogels

Özet:
4. Sanayi Devrimi ile birlikte geleneksel üretimin bilgisayarlaşma yönünde teşvik edilmesi ve yüksek teknolojiyle donatılması sonucu hemen hemen her alanda akıllı çözümler üretilmiştir. Bilim insanları da bu gelişmelerden etkilenerek, çalışmalarda önemli ivme kazanılmış ve yeni araştırma alanlarının kapıları aralanmıştır. 3B yazıcı ve tarayıcı teknolojilerinin hızlı prototiplemedeki yeteneği ile birlikte biyo yazıcılar ve tıbbi görüntüleme teknolojileri de özellikle sağlık alanında hastaya özel; ortez veya protez üretilmesi, hasta anatomisinin daha iyi anlaşılmasıyla doğru teşhis ve ameliyatların planlanması, plastik ve rekonstrüktif cerrahide implant üretilmesi, ilaç geliştirilmesi ve hatta insan dokularının ya da organların bir bölümünün laboratuvar ortamında veya doğrudan canlı üzerinde yeniden oluşturulmasını mümkün kılmıştır.
Bu çalışmada, 3B biyo yazıcıyla kompleks geometride büyük ölçekli bir insan damar dokusunun katmanlı imalat teknolojileri temelli üretilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda öncelikle çok başlıklı, mikroekstrüzyon teknolojisi temelli, H-Bot kinematiği ile çalışan bir 3B biyo yazıcı tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu sistem bünyesinde hedef doku özdeşi eldesinde bir hücre yüklenebilen bir de destek amaçlı kullanılabilen doğal polimer temelli 2 farklı hidrojel biyomürekkep geliştirilmiştir. Çalışmadan elde edilen doku örnekleri üzerinde kullanılan hidrojel kaynaklı herhangi bir toksik yan etki gözlemlenmeyerek aksine besin ve oksijen taşınımı için uygun mikroçevre oluşturulmuştur. 14 güne varan inkübasyon sonucunda dâhi %89±1 lerin üzerinde hücre canlılıkları gözlemlenmiş ve işlevsel doku oluşumu sinyalleri alınmıştır. Sonuç olarak, doğal ve canlı damar doku eldesinin otolog hücre ve doğal polimer temelli, oldukça hızlı bir şekilde (2 cm. lik tübüler yapı için 1 dk. 52 sn.) laboratuvar koşullarında üretilmesi ile ilaç denemelerinde de kullanılabilecek 3B damar doku modeli elde edilmiştir.

Abstract:
Smart solutions have been produced in almost every field as a result of encouraging the traditional production towards computerization and high technology with the 4th Industrial Revolution. Thus, important acceleration was achieved in studies and new research fields were discovered. Along with the ability of 3D printer and scanner technologies in rapid prototyping, bio printers and medical imaging technologies are also utilized in the fields of medicine and patient-specific medical equipment manufacturing, surgical planning to better understand patient's anatomy or to increase success rate of the operations, implant manufacturing in plastic and reconstructive surgery, medicine developments and even in vitro, in vivo or in situ reconstruction of a part of human tissues.
In this study, it is aimed to produce a 3D large-scale complex human blood vessel tissue model by means of a 3D bio printer. First of all, a 3D bio printer was designed and manufactured with a multi micro-extrusion print head. Subsequently, 2 different hydrogel bioinks were developed to be used in this system. No toxic side effects were observed and an ideal micro-environment, for the transport of food and oxygen, was created. After the incubation process, up to 14 days, cell viability was observed as 89±1% with the functional tissue formation. As a result of this study, a 3D vascular model, which can also be used in drug experiments, was obtained in vitro as fast as possible (1 min. 52 s. for 2 cm. tubular model) by using an autologous cell source and natural polymer based bioinks.