Son on yılda 3D baskıdaki ilerlemeler, biyomühendislere kalp dokuları ve yapıları oluşturma konusunda yeni olanaklar sunmuştur. Amaçları, ölüm nedenlerinin başında gelen kalp hastalıkları için daha iyi in vitro platformlar oluşturmak ve 3D baskı ile üretilen kardiyak dokuları kullanarak hangi tedavilerin bireysel hastalarda en iyi sonucu vereceğini değerlendirmektir.
Daha uzak bir hedef ise, hastanın kalbindeki hatalı veya hastalıklı yapıları iyileştirebilecek veya değiştirebilecek doku implantları üretmektir.
Nature Materials’da yayınlanan bir makalede, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan (SEAS) araştırmacılar, 3D baskı ile işlevsel bir kalp ventrikülünün üretilebilmesi için jelatin lifleriyle zenginleştirilmiş yeni bir hidrojel mürekkebinin geliştirildiğini bildiriyorlar. Araştırmacılar, lifle zenginleştirilmiş jel (FIG) mürekkebinin, bir ventrikül şeklinde basılan kalp kası hücrelerinin bir insan kalbi odası gibi hizalanarak ve koordinasyon içinde atmalarını sağladığını keşfettiler.
“İnsanlar, klinik ortamda ne olabileceğini tahmin etmek için ilaç güvenliğini ve etkinliğini test etmek amacıyla organ yapıları ve fonksiyonlarını taklit etmeye çalışıyorlardı,” diyor makalenin ilk yazarı olan SEAS Araştırma Görevlisi Suji Choi. Ancak şimdiye kadar, sadece 3D baskı teknikleri kalp kasını kasılmak üzere koordineli bir şekilde elektrik sinyallerini ileten kardiyomiyositlerin fizyolojik olarak uygun hizalanmasını başaramamıştı.
“Biyolojik dokuların 3D baskısındaki bazı yetersizlikleri ele almak için bu projeyi başlattık,” diyor SEAS’daki Hastalık Biyofiziği Grubu’nun başkanı olan ve makalenin kıdemli yazarı Kevin “Kit” Parker.
Yenilik, baskılabilir bir mürekkep içerisine liflerin eklenmesinde yatıyor. “FIG mürekkebi, baskı nozülünden akabilen bir yapıya sahip ama bir kez yapı basıldığında, 3D şeklini koruyor,” diye açıklıyor Choi. “Bu özellikleri sayesinde, ek destek materyalleri veya iskeleler kullanmadan ventrikül benzeri bir yapı ve diğer karmaşık 3D şekilleri basmanın mümkün olduğunu gördüm.”
Choi, FIG mürekkebi kullanarak 2D ve 3D yapılar bastığında, kardiyomiyositler mürekkep içindeki liflerin yönüne paralel olarak hizalandı. Baskı yönünü kontrol ederek, kalp kası hücrelerinin nasıl hizalanacağını da kontrol edebilirdi.
Choi, FIG mürekkebi ile yapılmış 3D baskılı yapılarına elektrik uyguladığında, bu uyarının, bu liflerin yönüne uygun olarak koordineli kasılma dalgalarını tetiklediğini keşfetti. Ventrikül şeklinde bir yapıda, “gerçek kalp ventriküllerinin nasıl pompaladığına benzer bir şekilde odacığın gerçekten pompaladığını görmek çok heyecan vericiydi” diyor Choi.