Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Kazancı M., Güney akkurt M., Çağlar S. (Araştırmacı), Karatuğ kaçar A. , Yerlikaya P.
Kollajen benzeri protein yapılar, ligament ve tendon gibi yumuşak dokuların yanında mineralleşmiş kemik dokularının onarımı için de aday doğal malzemeler olarak dikkat çekmektedir. Ancak klinik uygulamalarda, şu ana kadar sınırlı bir başarıya sahip oldukları görülmektedir. Bunun temel sebepleri arasında, sentezlenen biyolojik kökenli yeni malzemelerin dayanım ve mukavemet değerlerinin doğal dokular ile karşılaştırıldığında çok yetersiz kalması, sentetik malzemelerin biyouyumluluk sorunu, uygun boyutlarda üretimde karşılaşılan sorunlar ve buna benzer sebepler sayılabilir. Bu nedenle farklı yaklaşım ve üretim metotlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu projede kullanılması önerilen üretim tekniklerinde temel yaklaşım, mümkün olduğunca proteinlerin doğal oluşum süreçlerini takip ederek, doğal üretimi taklit etmek ve doğal yapısını korumak olarak özetlenebilir. Protein temelli ipliklerin üretiminde kullanılan ıslak eğirme sistemi, iplik oluşumunun sıvı içerisinde gerçekleşmesi ve kollajen moleküllerin doğal yapısını bozacak dış etmenlere karşı bir koruma sağlaması sebebiyle önemli bir avantaj sağlamaktadır. İpek böceğinin ve örümceğin ipek üretim mekanizması taklit edilerek geliştirilecek olan yeni bir üretim metodunun kullanılması planlanmaktadır. Bu sayede iplik inceliğinin ve fibrillerin oryantasyonunun kontrolü ve belirli dayanım/sağlamlık değerlerine ulaşılması mümkün olacaktır. Koagülasyon banyosundan alınan fibrillerin belirli bir gerilim altında sarılması, daha yüksek dayanım ve sağlamlığa sahip fibrillerin üretilmesine yardımcı olacaktır.
Kemik yapının doğal mineralleşmesinin, yapısında karbonat molekülleri bulunan hidroksiapatitlerin kollajen fibrillerin yapısına katılımıyla meydana geldiği bilinmektedir. Bu sayede üstün özelliklere sahip hibrit malzemeler ortaya çıkmaktadır. Kollajen fiberlerin mineralleşmesi, doğal yapılarda olduğu gibi, bizim tasarlayacağımız sistem sayesinde belirli bir gerilim uygulanarak gerçekleştirilecektir. Mineralleşme de uygulanacak yöntem ise, doğal mineral yapılara en çok benzeyen mineraller üreten PILP (polimer yardımı ile mineralleşme) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilecektir.
Kullanılacak proteinlerin hammadde kaynağı olarak Türkiye denizlerinde yaşayan yerli bir tür olan Akdeniz midyesi ya da Kara midye olarak bilinen (Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819) türünün bisuslarından faydalanılacaktır. Midye bisusları, kopolimer protein yapıları (yapılarında ipek benzeri proteinler, elastin ve sıvı kristal formunda kollajen bir arada bulunmaktadır) sayesinde deniz tabanında kaya, taş gibi sert substratumların (yüzeylerin) yanında beton ve metallere de sıkı bir şekilde tutunmakta, üstün dayanım ve mekanik özellikleri ile kuvvetli akıntı ve dalgalara karşı durabilmektedir. Aynı zamanda hiçbir canlı veya hücre yardımı olmadan kendi kendini iyileştirerek, zarar gören fibril yapıları zaman ve sıcaklığa bağlı olarak, eski özelliklerini geri kazanabilmektedir (self healing).
Özet olarak, bu projede midye bisuslarının farklı bölgelerinden iki farklı ekstraksiyon yöntemi ile elde edilen kopolimer protein yapılar kullanılarak ilk kez tek ve çok katlı sütür iplikleri üretilecektir. Ayrıca yine bu kopolimer yapılar kullanılarak, ilk kez, biyoprinter ile vida şeklinde ACL (anterior cruciate ligament) onarımı için doku iskeleleri üretilecektir. PILP (Polymer-Induced Liquid Precursor) yöntemi (doğal mineral yapılara benzer mineral yapıları elde etmek için tercih edilen bir yöntem) ile mineralleştirilen doku iskelelerinin kemik doku onarımı için de bir alternatif oluşturup oluşturmayacağı araştırılacaktır. Ekstraksiyon ile elde edilen protein kopolimer yapıların, self healling özelliklerinin korunup korunmadığı ise sıcaklığa bağlı yapısal dönüşümlerin moleküler bazda incelenmesi için yine bizim kurduğumuz polarize ışık altında optik karakterizasyon yöntemi ile araştırılacaktır. Fiber oluşumu ve mineralleşme aşamaları in-situ olarak geri saçınım ve Mueller Polarimetri yöntemleri ile takip edilecek, fiber liflerinin yönlenmesi ve buna bağlı olarak mineralleşme ve mineral/fiber oryantasyonu arasındaki bağlantı açıklanmaya çalışılacaktır. Projenin son aşamasında ise midye bisuslarından elde dilen kopolimer ve kollajen ile inşa edilen ACL doku iskelerinin hücreler üzerindeki sitotoksik etkileri ve hücre canlılığı incelenecektir. Ayrıca geliştirilen yeni doku iskelelerinin biyouyumluluk analizi, anjiyogenik potansiyelinin koryoallantoik membran (CAM) yöntemi ile test edilmesi planlanmaktadır.
Üretimin her aşamasında doğayı taklit ederek (biyomimetik) geliştirilmesi planlanan yeni doku iskelesi hammaddesinin, sahip olduğu özelliklerin korunabilmesi (üstün mekanik, kendi kendine iyileşme ve yüzeye tutunma) ve yeni üretilen malzemelere aktarılması durumunda, hem malzeme bilimi, hem sağlık alanında, yeni açılım ve bakış açısı getireceği düşünülmektedir.