Yeni Teknik Fonksiyonel Beyin Dokusunun 3D Baskısını Sağlıyor

Organların 3D Baskısı

3D baskı, diğer adıyla katmanlı imalat, üretim yöntemlerini sessizce dönüştürüyor. Artık yüzlerce malzeme bu yöntemle işlenebiliyor. En heyecan verici uygulamalardan biri ise tıbbi amaçlarla biyolojik doku basılması.

Biyobaskı, gelecekte insan kalbi, karaciğeri veya akciğerinin ihtiyaç üzerine nakle hazır biçimde üretilmesini sağlayabilir. Bu olasılığı şu makalemizde inceledik: “İhtiyaç Üzerine Organlar: Öne Çıkan 3D Biyobaskı Hisseleri”.

Biyobaskıda yeni bir aşamaya ulaşan araştırmayı yürüten ekip, Wisconsin–Madison Üniversitesi’nde sinirbilim ve nöroloji profesörü Su-Chun Zhang tarafından yönetiliyor. Ekip, büyüyebilen ve tipik beyin dokusuna benzer işlevler gösterebilen beyin dokularını 3D olarak basmayı başardı. Bu çalışma, önceki baskı girişimlerinin sınırlamalarını aşmak açısından önemli bir ilerleme.

Optimize Edilmiş Biyo-Mürekkep

Bu bilimsel ilerlemenin anahtarı, standart biyobaskı tekniğini nöronların özel ihtiyaçlarına uyarlamaktı.

Biyobaskıda hücreler genellikle karmaşık bir destek malzemesi kullanılarak dikey biçimde üst üste yerleştirilir. Zhang’ın ekibi ise yatay bir düzen seçti ve önceki uygulamalara göre çok daha yumuşak bir biyomürekkep jeli kullandı.

Yumuşak jel, nöronların büyüyüp birbirleriyle bağlantı kurmasına olanak tanıyor. İnce jel katmanları oksijenin dokuya ulaşmasını kolaylaştırırken dokunun jeldeki besinleri almasını da sağlıyor.

Kaynak: Cell Stem Cell

Bu yaklaşım, beyin dokusunun bazı işlevlerini daha iyi yansıtan bir model oluşturuyor. Nöronlar birbirleriyle iletişim kurabiliyor ve dokuya destek hücreleri de eklenebiliyor. Bu destek hücreleri nöron değildir; ancak nöronların sağlıklı kalmasında ve işlevlerini sürdürmesinde önemli rol oynar.

Yeni Bir Araştırma Aracı

Yaygın olarak kullanılan beyin organoidleri ile karşılaştırıldığında, bu 3D baskılı dokuların hücre türleri ve düzeni daha doğrudan kontrol edilebiliyor. Bu özellik, beynin nasıl çalıştığını araştırmak için tamamlayıcı bir model sunuyor.

Kaynak: Broad Institute

Araştırmacılar, model dokunun yapısını kontrol ederek Alzheimer hastalığı veya Down sendromu gibi durumların bazı hücresel özelliklerini inceleyebilir. Bunlar bütün bir beynin eksiksiz kopyaları değildir.

“Dokuyu tasarımımıza göre basabildiğimiz için insan beynindeki ağın nasıl çalıştığını incelemek üzere tanımlı bir sistem oluşturabiliriz. Tam olarak istediğimiz yapıyı basabildiğimizden, sinir hücrelerinin belirli koşullarda birbirleriyle nasıl konuştuğunu ayrıntılı biçimde inceleyebiliriz.”

Beyin bir ağ halinde çalıştığından, hücreler arasındaki yoğun bağlantılar temel araştırmaların ilerlemesine yardımcı olabilir.

Ek bir avantaj, yöntemin özel olarak geliştirilmiş yeni donanım gerektirmemesi. Ticari bir masaüstü biyoyazıcı kullanılabiliyor. Nöronlar da sinirbilim laboratuvarlarında yaygın olan mikroskobik görüntüleme ve elektrot yöntemleriyle incelenebiliyor.

Biyobaskı Şirketlerinin Hisseleri

1. BICO Group AB

Prof. Zhang’ın ekibi beyin dokusu biyobaskısında bir Cellink yazıcı kullandı.

Cellink, 2019’da Cytena ve 2020’de Scienion şirketlerini satın aldıktan sonra 2021’de adını BICO Group olarak değiştirdi. Cellink, grubun biyobaskı faaliyetlerinin marka adı olarak kullanılmaya devam ediyor.

Biyobaskı birimi 2023’ün üçüncü çeyreğinde 16 milyon dolar satış gerçekleştirdi. Aynı dönemde 28 milyon dolarlık satış biyobilimler ve 12 milyon dolarlık satış biyo-otomasyon biriminden geldi.

Kaynak: BICO Group AB

Cellink bu alandaki tek üretici olmasa da gelişmiş biyobaskı ekipmanları sunuyor. Prof. Zhang’ın bu cihazlarla elde ettiği sonuçlar, biyobaskının henüz yaygınlaşmadığı sinirbilim araştırmalarındaki potansiyelini gösteriyor.

Uzun vadede biyobaskı şirketleri yalnızca araştırmacılara araç sağlayan kuruluşlar olmaktan çıkıp ilaç şirketlerinin hastalara yönelik biyobaskı uygulamalarına da ekipman sunabilir. Böyle bir gelişme, kullanılan yazıcı sayısını ve aylık sarf malzemesi talebini önemli ölçüde artırabilir.

Diğer biyolaboratuvar ekipmanı üreticilerinde de benzer bir iş modeli görülüyor. Örneğin genom dizileme cihazları üreten PacBio (PACB) ve Illumina (ILMN), tekrarlanan sarf malzemesi satışlarından önemli gelir elde ediyor. Makale bu payı %80 olarak belirtiyor.

2. Organovo

Organovo’nun tescilli teknolojisi, gerçek insan dokularının bileşimini, mimarisini, işlevlerini ve hastalık özelliklerini modellemek için 3D baskılı insan dokuları kullanıyor.

Bu modeller, tedavi potansiyeli taşıyan yeni molekülleri belirlemek amacıyla kullanılıyor. Şirket, aday molekülleri insan deneylerinden önce daha gerçekçi laboratuvar modellerinde değerlendirerek klinik araştırmalardaki başarısızlık riskini azaltmayı hedefliyor.

Organovo’nun araştırmaları, ülseratif kolit dahil inflamatuvar bağırsak hastalıklarına (IBD) ve karaciğer hastalıklarına odaklanıyor. Şirketin 2024 başındaki açıklamalarına göre FXR314’ün NASH çalışmasına ilişkin Faz 2a sonuçlarının Nisan 2024’e kadar açıklanması planlanıyordu. Ülseratif kolit için Faz 2 kavram kanıtlama çalışmasının ise 2024’ün ilk yarısında başlaması ve 2025’in ilk yarısında tamamlanması hedefleniyordu.

Kaynak: Organovo

Makale, bir inflamatuvar bağırsak hastalığı olan ülseratif kolit için 2022’de ABD’de 2,1 milyon, dünyada 13 milyon vaka ve 6,6 milyar dolarlık bir pazar bildiriyor. Ayrıca pazarın 2032’ye kadar yıllık bileşik %6 büyüyerek 12 milyar dolara ulaşacağı tahminini aktarıyor.

Organovo, kutuplaşmış epitel ve interstisyel katman içeren bağırsak dokusu modelleri kullanıyor. Bu modeller, bir ilacın hastalarda nasıl etki gösterebileceğini laboratuvar ortamında değerlendirmeye yardımcı olabilir; ancak klinik sonuçları garanti etmez.

Kaynak: Organovo

Bu yaklaşım, biyobaskının erken aşamadaki gelişimine ve biyoteknoloji şirketlerinin yeni tedavileri araştırmak için doku modelleri kullanmasına ilgi duyan yatırımcıların Organovo’yu incelemesi için bir neden oluşturabilir.