Selüloz Biyomürekkepleri 3B İlaç Dağıtım Sistemlerini İlerletiyor

Doğal ürünler, uygarlığın başlangıcından beri tıbbın bir parçası olmuştur. Kimyasal ilaçların geliştirilmesinden önce etkili tedavilerin temelini çoğu zaman bitkiler oluşturuyordu.

Biyolojik bileşiklerin bir avantajı, genellikle hastanın vücuduyla uyumlu biçimde etkileşime girmeleridir. Ahşap ve fildişi gibi malzemelerin bazı protezlerde uzun süre kullanılmasının nedeni de budur.

Günümüzde araştırmacılar, tıbbi uygulamalarda petrol türevi polimerlerin yerine biyomalzemelerin kullanılıp kullanılamayacağını inceliyor.

Pakistan’daki Gomal Üniversitesi ile Çin’deki Jiangsu Üniversitesi araştırmacılarının yakın tarihli bir çalışması, ahşabı oluşturan moleküllerden biri olan selülozun 3B baskıyla birleştirilerek ilaç dağıtımı, yumuşak doku baskısı ve yara iyileştirme amacıyla kullanılabilecek biyomürekkeplere nasıl dönüştürülebileceğini inceliyor.

Araştırmacılar sonuçlarını Next Materials¹ dergisinde “Biyokütleden biyofabrikasyona: Sürdürülebilir 3B baskılı ilaç dağıtım sistemlerinde ve doku rejenerasyonunda selülozun rolü” başlığıyla yayımladı.

Son derece sürdürülebilir bir biyomalzeme olarak selüloz

Ağaçlar, ahşabın yapısal unsurları için özellikle büyük miktarda selüloz üretir; ancak bu bileşik neredeyse bütün bitkilerde bulunur. Bu nedenle selüloz son derece sürdürülebilirdir: Karbondioksit (CO2), su ve güneş ışığından fotosentez yoluyla üretilir. Selüloz liflerinden seri üretilen kâğıdın düşük maliyetinin de gösterdiği gibi ucuzdur. Ayrıca biyouyumlu ve biyolojik olarak parçalanabilir.

Glikozdan oluşan bir polimer olan selüloz, 3B olarak da basılabilir. Bu özellik tıp alanında çok sayıda yeni uygulamanın önünü açar.

Kaynak: ScienceFacts

Araştırmacılar bu çalışmada 3B basılı selülozun şu alanlardaki potansiyelini inceledi:

• Kişiye özel ilaç dağıtım sistemleri.
• Hasarlı organ ve dokuları onarmaya yönelik yeni yöntemler sunan doku mühendisliği.
• Vücut içi ortamı taklit eden yapay, 3B basılı doku modellerinde ilaç testi.

Bunun için 2015-2025 yılları arasında yayımlanan ve “selüloz”, “nanoselüloz”, “bakteriyel selüloz”, “3B biyobaskı”, “biyomürekkep”, “ilaç dağıtımı”, “doku mühendisliği”, “hidrojel” ve “uyarana duyarlı biyomalzemeler” gibi anahtar kelimeleri bir araya getiren bilimsel makaleleri taradılar.

Selülozu tıbbi bir biyomalzemeye dönüştürmek

Selüloz kristallerini uyarlamak

Selüloz iki biçimde bulunabilir ve çoğu selüloz malzeme bu iki biçimin karışımını içerir:

• Kristalin selüloz daha yüksek kararlılığa ve mekanik dayanıma sahiptir.
• Amorf selüloz daha düzensiz bir yapıya sahip olduğundan diğer moleküllerle daha kolay etkileşir.

Amaçlanan etkiye bağlı olarak selülozun her iki biçimi de tıbbi uygulamalarda yararlı olabilir.

Bu nedenle kristalin ve amorf selüloz arasındaki seçim, her uygulamanın gereksinimlerine göre yapılmalıdır.

Daha kararlı kristalin selüloz, vücutta daha yavaş biyolojik olarak parçalanır. Bu özellik, doku mühendisliği iskeleleri, yara örtüleri ve uzun süreli ilaç dağıtım sistemleri gibi mekanik bütünlüğün uzun süre korunmasını gerektiren uygulamalarda yararlıdır.

Amorf selüloz ise enzimatik parçalanmaya ve nem emilimine daha açıktır; bu da doku yeniden şekillenirken daha hızlı bozunma ve daha iyi biyolojik emilim sağlar.

Kaynak: Next Materials

Dolayısıyla selüloz yapısının belirli bir uygulamanın gereksinimlerine göre hazırlanması, bu malzemeyi tıbbi amaçlarla kullanmayı hedefleyen her sürecin temel bir parçasıdır.

“Selülozun kimyasını ve mikro yapısını uyarlamak; iskele kararlılığını, hücresel etkileşimleri, terapötik salım profillerini ve doku mühendisliği ile rejeneratif tıp uygulamalarındaki genel biyofabrikasyon performansını optimize etmek için gereklidir.”

Selüloz türevleri

Saf selülozun yanı sıra selülozdan üretilen başka bileşikler de tıbbi potansiyel taşır. Karboksimetil selüloz (CMC), hidroksipropil metilselüloz (HPMC), mikrokristalin selüloz (MCC) ve nanoselüloz bunlara örnektir:

• CMC, ilaç formülasyonlarında kararlılık sağlayan ve kıvam artıran bir bileşen olarak kullanılır.
• HPMC, ilacı hastaya kademeli olarak ileten kontrollü salım formülasyonlarında kullanılır.
• MCC, farmasötik tabletlerde dolgu maddesi, dağıtıcı ve bağlayıcı olarak iyi özellikleriyle bilinir.
• Nanoselüloz, geniş yüzey alanı sayesinde doku mühendisliği ve ilaç dağıtımı için yeni ve değerli bir malzemedir.

Bakteriyel selüloz; yüksek saflığı, mekanik dayanımı, su tutma kapasitesi ve biyouyumluluğu nedeniyle çoğu zaman bitki kökenli selüloza tercih edilir. Mikroskobik yapısı, doku rejenerasyonunu destekleyen hücre dışı matrisin nanolifli yapısını taklit ettiği için deriden kalp kasına kadar hem sert hem de yumuşak dokuların 3B biyobaskısında iskele olarak kullanılabilir.

Kaynak: Next Materials

3B biyobaskıda selüloz

Biyobaskı yöntemleri

Selüloz ve selüloz iskeleler üzerindeki dokular çeşitli yöntemlerle biyobasılabilir; her yöntem belirli bir selüloz türüne daha uygundur.

Örneğin selüloz nanofibrilleri (CNF) bakımından zengin biyomürekkepler, ekstrüzyon tabanlı biyobaskıya özellikle uygundur. Mürekkep püskürtmeli biyobaskıda ise selüloz biyomürekkeplerinin viskozitesinin ayarlanması gerekir.

Kaynak: Next Materials

Selülozun, selüloz tabanlı biyomürekkeplerdeki tek bileşen olması da gerekmez. Biyomürekkebe eklenen hücrelerin hayatta kalma oranını artırmak için karışıma başka biyomalzemeler katılabilir.

“Jelatin ve aljinat tabanlı biyomürekkeplere selüloz nanokristalleri eklemek, mekanik özellikleri ve hücre canlılığını iyileştirerek bu karışımları çeşitli doku mühendisliği uygulamalarına uygun hâle getirmiştir.”

Selüloz biyomürekkeplerinin uygulama alanları

Ayarlanabilir yapısı sayesinde selüloz, ilaç dağıtımının hızını ve süresini özelleştirmek için kullanılabilir.

“3B baskı ve elektro eğirme gibi işleme yöntemlerindeki son gelişmeler, daha iyi mekanik özelliklere ve ayarlanabilir salım profillerine sahip selüloz tabanlı ilaç dağıtım cihazları üretmek için yeni fırsatlar yaratmıştır.”

Doku mühendisliğinde selüloz, hücrelerin tutunup büyüyebileceği ve yeni, sağlıklı dokular oluşturabileceği değerli bir iskele sağlar. Gözenekli yapısı besinlerle atık maddelerin alışverişine izin verirken hücrelerin tutunmasını ve çoğalmasını destekler.

Örneğin selüloz, deri ve kıkırdak iskelelerinde hücre dışı matrisi taklit ederek doku bütünleşmesi ve hücrelerin içeri doğru büyümesi için bir platform sağlayabilir. Ayrıca laboratuvarda yetiştirilen hücrelerden yapay doku üretiminde kullanılabilir.

Bu yöntem, insan organlarının vücut dışındaki işleyişini taklit eden bir ilaç test platformu olan “çip üzerinde organ” modellerinin üretimine kadar genişletilebilir.

Bir diğer uygulama yara iyileştirmedir. Selüloz, grafen oksitle karıştırıldığında güçlü antibakteriyel özellikler gösterir. Hücre göçünü ve çoğalmasını iyileştiren iskele işleviyle birlikte bu özellik, selüloz biyomürekkeplerinin özellikle deride doku rejenerasyonuna yardımcı olmasını sağlar.

Kaynak: Next Materials

Gelecekteki iyileştirmeler

Gelecekte yapılabilecek iyileştirmelerden biri, selülozu daha dayanıklı bir iskele malzemesi olarak “geçici bir şablon” ile birlikte kullanmaktır.

“Jelatin, Pluronic F127 veya karbonhidrat camı gibi geçici malzemeler, selüloz içeren biyomürekkeplerle birlikte basılır ve ardından sıcaklık değişimi, çözündürme ya da yıkama yoluyla uzaklaştırılır. Tasarlanmış bu gözenekli yapılar, kalın biyobasılı yapılarda hücrelerin hayatta kalmasını, doku olgunlaşmasını ve damar oluşumunu önemli ölçüde iyileştirir.”

Selüloz biyomürekkepleri kullanan herhangi bir 3B biyobaskı yöntemini ölçeklendirmenin temel koşullarından biri; öngörülebilir ve tutarlı saflaştırma gereksinimlerini karşılayan, sterilizasyon sorunlarını ele alan, mikroskobik bileşimi ve tekdüzeliği koruyan büyük ve istikrarlı bir selüloz tedariki oluşturmaktır.

Biyobaskıya yatırım yapmak

3D Systems

DDD Fiyat Grafiği

3D Systems (DDD ), 1.000’den fazla patente ve 130 malzemeyle 3B baskı yapabilme kapasitesine sahip bir sektör lideridir. Günde bir milyondan fazla parça üretir ve sektördeki konsolidasyon döneminin ardından Nano Dimension (NNDM ) ile birlikte dünyanın en büyük 3B baskı şirketlerinden biri hâline gelmiştir.

Şirket, geniş üretim kapasitesinin yanı sıra biyobaskı alanında da faaliyet göstermektedir. Sektördeki rakiplerinden Nano Dimension (NNDM ) ise 3B baskı pazarındaki konsolidasyonun bir başka önemli aktörüdür.

3D Systems, 2017’de United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) ile 3B basılı organlar ve dokular üzerine araştırma iş birliği yaparak biyobaskıya erken girdi. Şirket 2020’de CollPlant Biotechnologies (CLGN) ile iş birliği (CLGN ) yaptığını, 2021’de ise biyomürekkep üreticisi Allevi’yi satın aldığını duyurdu.

Biyobaskı faaliyetleri, cerrahi implantların 3B baskısıyla birlikte yürütülüyor. Şirket bugüne kadar seri üretim bileşenlerinden oluşan toplam üç milyon tıbbi cihaz üretti.

Bu üretim deneyimi, kişiye özel diş protezlerini de kapsıyor ve şirketin sağlık sektöründeki yerleşik konumunu destekliyor.

2025 sonu itibarıyla sağlık segmenti şirket gelirinin neredeyse yarısını oluşturuyordu.

Gelirin geri kalanı ağırlıklı olarak endüstriyel uygulamalardan, özellikle havacılık sektörüne yönelik metal 3B baskıdan geldi. Şirketin 2026’nın ilk çeyreğindeki toplam geliri 95,5 milyon dolardı.

2026’nın başında pozitif EBITDA elde etmesi sayesinde 3D Systems, görece “güvenli” 3B baskı hisselerinden biri sayılabilir. Şirket, hızla büyüyen metal 3B baskı segmentinde liderdir ve sağlık sektöründe güçlü bir konuma sahiptir.

Biyomürekkep ve biyobaskının üçüncü bir kâr merkezine dönüşme potansiyeli, şirketin mevcut endüstriyel ve sağlık faaliyetlerine ek bir büyüme alanı sunuyor.

Atıfta bulunulan çalışma

^{1 . Asma Ashgar ve diğerleri. Biyokütleden biyofabrikasyona: Sürdürülebilir 3B baskılı ilaç dağıtım sistemlerinde ve doku rejenerasyonunda selülozun rolü. Next Materials. Cilt 13, Ekim 2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}