Yazıcıdan Çıkan İnsan

Yazıcıdan Çıkan İnsan

Biyomalzeme Tarihine Genel Bir Bakış

 

Son yıllarda bilimsel çalışmalarla ilgili insanlığın gündemini meşgul eden çokça habere denk gelebilirsiniz.  Bu haberlerin önemli bir kısmı, laboratuvar ortamında geliştirilmiş ve insan vücuduna yerleştirilebilen biyolojik araçlara dairdir. Yapay beyin, robotik kol, kalp pili, kontak lensler, implantlar ve daha birçok araç günümüzde üç boyutlu yazıcı kullanılarak elde ediliyorlar. Bu büyük bilimsel ilerleme için özellikle son 50-60 yılın hummalı çalışmalarının meyveleridir diyebiliriz.

Bir dokuyla, organla ya da beden fonksiyonuyla yer değiştirmede, iyileştirmede kullanılan sentetik veya doğal madde ve karışımlar biyomalzeme olarak adlandırılır. Silikon malzemeler, poliüretanlar, hidrojeller, teflon, titanyum, hidroksiapatit gibi farklı işlevleri olan, vücudun farklı bölgelerinin iyileştirilmesinde kullanılan birçok biyomalzeme mevcut. Örneğin hidroksiapatit kemik kırılması ve doku zedelenmelerinde implant kaplama malzemesi olarak kullanılırken silikon ve teflon gibi polimerler ameliyat ipliği, suni kan damarı olarak kullanılmaktadır. Bugün bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte geniş bir kullanım alanına sahip olan biyomalzemelerin tarihi uzun bir geçmişe dayanıyor.

Neolitik dönemde uygulamalarına rastladığımız, Eski Mısır döneminde karşımıza çıkan biyomalzemeler, binlerce yıllık uzun bir yolculuğa sahip. Biyomalzemeler yirmi birinci yüzyılda biyoteknoloji, diş hekimliği ve sağlık alanında oldukça yaygınlaşmış ve aklın sınırlarını zorlayan yapay beyin üretimi aşamasına gelmiştir.  60 yıl öncesine kadar dış protez kol ve bacaklar, kırık sabitleme araçları, gözlük ve diş dolguları gibi malzemeler kullanılmış olmasına karşın biyomalzeme tanımı yapılmamış ve biyouyumluluk testi gibi sistemli, düzenli çalışmalar yer almamıştır.  Çok uzun geçmişte kullanılmış araçları biyomalzeme olarak tanımlarken bu tanımın son 60 yıla ait olduğunu belirtmeden geçmeyelim.

Eski Uygarlıklar

Biyomalzemelerin özellikle vücuda dışarıdan yerleştirilerek kullanımı neolitik döneme kadar uzanmaktadır. Arkeolojik çalışmalarda MÖ 9500-1000 yılları arasında insan dokusunun tedavisinde dikiş iplikleri kullanıldığı tespit edilmiştir. Amerika’nın Washington eyaleti sınırlarında Kennewick yakınlarında arkeolojik kazılardan elde edilen, bazı farklı görüşlerle birlikte 9000 yıl öncesine ait insan kalıntılarında bireyin kalçasına bağlı bir şekilde gömülmüş mızrak ucu bulunmuştur. Mısır mumyalarında yapay göz ve diş kullanıldığı fark edilmiştir.  Eski Mısırlılar ketenden dikiş ipliği elde ederken,  Avrupalılar ise ortaçağda iplik olarak hayvan bağırsağı kullanmışlardır. Aynı dönemlerde Güney Afrika ve Hindistan’da yaranın iki tarafını tutan bir cımbız gibi yaraları iyileştirmek için karınca ısırığı kullanılmıştır.  Eski Yunan kaynaklarında ilk defa metal dikişler kullanıldığı görülmektedir.

Özellikle diş rahatsızlığı ile ilgili geçmişe dair üretilen malzemeler bir hayli yaygındır. Altının takma diş olarak kullanımı, bronz ve bakır kemik implantlarının kullanımı milattan öncesine kadar gitmektedir. Erken uygarlıklarda amaca uygun diş implantları üretilmiş ve kullanılmıştır. MS 600 yıllarında Mayalar estetik görünüm vermek amacıyla deniz kabuklarından sedef diş üretmiş ve başarılı olmuşlar ve boşlukları doldurmak için demir tozu ve ağaç tozu kullanmışlardır.  Aztekler diş boşluklarını doldurmak için salyangoz kabuğu tozu kullanırken, İnkalar ön dişleri için dikdörtgen altın malzemeler denemişlerdir.

 İkinci Dünya Savaşı Öncesi

Eski uygarlıklardan on yedinci yüzyıla kadar önemli gelişmelerin görülmediğini söyleyebiliriz. İkinci Dünya Savaşı’na kadar birkaç yüz yılda biyomalzemelerle ilgili bir dizi çalışma yapılmasına karşın savaş yıllarında savaşın getirdiği yaralanmalar ve bilimsel çalışmaların hız kazanması ile bir atak yaşandığı görülüyor. Bu vesileyle İkinci Dünya Savaşı öncesi ve sonrası gibi bir sınıflandırma yapmak yerinde olacaktır.

İngiliz Fizikçi William Harvey,  1628 yılında kalbin bir pompa gibi çalıştığını belirtmiş ve kalp yerine yapay bir pompa kullanılmasının doğruluğuna dikkat çekmiştir. 1812 yılına gelindiğinde Fransız fizyolog Le Gallois bu fikri desteklemiş ve 1828’den 1868’e kadar pompa ile birçok organ perfüzyon (doku, organ ve hücrelerin beslenmesi) deneyi gerçekleştirmiştir. 1881 yılında ilk yapay kalp cihazı tasarlanmıştır.

1829 yılında Dr. Henry Levert metallerin medikal implant olarak kullanılabileceği deneyler yapmış,  farklı metal sütürleri (dikiş ipliği) köpekler üzerinde deneyerek platinin altın gümüş ve kurşundan daha uygun olduğunu tespit etmiştir. Medikal malzeme üreticisi Zimmer şirketine göre Alman Cerrah H. Hansmann kırık tedavisinde ilk başarılı metal implant kullanımını gerçekleştirmiştir.

1931’de cerrah Smith Pearson kalça implantları için metal plakalar geliştirdi. Alüminyum, çinko, bakır gibi metal malzemeler doku zedelenmesine neden olduğundan 1960’ların sonlarına kadar paslanmaz çelik malzeme kullanıldı. 1960’lara kadar kullanılan paslanmaz çelik protezler, metal korozyona uğradığından ciddi tehlikeler yarattığı görüldü, 1972’de alümina ve zirkonya isimli iki seramik yapı, biyolojik uyumsuzluk yaratmaksızın kullanılmaya başlandı. Yalnız inert yapıdaki bu seramikler dokuya bağlanamadıklarından çok çabuk zayıfladığı fark edildi. Aynı yıllarda Hench tarafından geliştirilen biyoaktif seramikler (örneğin biyocam ve Hidroksiapatit) ile bu sorun büyük ölçüde aşılmış oldu.

1943 yılında Nazi işgali altındaki Hollanda’da fizikçi Willem Kolff silindirli diyaliz sistemini kurdu. Bu sistem böbrek rahatsızlıklarının iyileştirilmesinde önemli bir yer tuttu. 1960’da ise Amerika’da ilk “böbrek yıkama makinesi” geliştirildi.

İkinci Dünya Savaşı ve Sonrası

1940’ların sonuna doğru, İkinci Dünya Savaşı’nın getirdiği yaralanmalar ve hastalıklarla birlikte ortopedik cerrahi teknik ve özellikle yeni birçok plastik malzeme geliştirildi. Cerrahlar savaş meydanlarında yaralıları kurtarmak için yeni yollar denediler. Bu konuda sınırsız yetkiye sahiptiler. Zamanla plastik malzemeler geniş bir kullanım alanı buldu. Savaş ihtiyaçlarının çoğunu plastik malzemeler oluşturmaya başladı. Plastikler hafif, kolay şekil verilebilir ve biyolojik olarak inert olduklarından oldukça elverişliydi. Cerrahlar bu yıllarda başarılı ameliyatlarından dolayı kahraman olarak anılmıştır.  İkinci Dünya Savaşı’ndan önceki yıllarda İspanya İç Savaşı ve Japonya-Çin Savaşı’nda komünistlerin safında gönüllü çalışan, cephede kan naklini gerçekleştiren ve tüberkülozu cerrahi yollardan tedavi eden Dr. Norman Bethune hayatı filme konu olan dünya çapında tanınan doktor haline geldi.

1949 yılında İkinci Dünya Savaşı sonrası pilotların körlüğünü önlemek için poli(metil metakrilat) PMMA lens üretildi. Uçakların pilot camı esas alınarak göz içi lens üretimi gerçekleştirildi. Böylelikle pilotlar göz iltihabı veya tahrişine karşı korunmuş oldu. İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra kullanılmayan çok fazla paraşüt malzemesi bulunmaktaydı. 1952’de Cerrah Arthur Voorhees bu malzemeyi sentetik damar üretimi için kullanmayı düşündü. Bugün Gore-Tex adıyla bilinen bu malzeme damar naklinde sıkça kullanılır.

1960-1980 arası teknolojide önemli atılımların olduğu yıllardır. Bir yandan böbrek yıkama makinelerinden yapay böbrek üretimine geçiş gerçekleşirken, teflon tüpler kullanılarak damar yolunun açılması sağlandı ve kan akışının düzenlenmesi için silikon kauçuk tüpler kullanılmaya başlandı. 1961’de kusursuz bir malzeme geliştirildi ve yüksek molekül ağırlığına sahip kalça kemiği yerine geçebilecek polietilen çanak üretildi.  Yine bu yıllarda tam olarak implante edilebilir ilk geçici kalp pili geliştirildi.

1982 yılında ilk defa bir insana kalıcı yapay kalp implantasyonu gerçekleşti. 1957’de bir köpeğe yapay kalp implante edildikten 90 dakika sonra köpek yaşamını yitirmişti. 20 yıl sonra bir insana yerleştirilen yapay kalp ancak hastanın 64 saat yaşayabilmesine olanak sağladı. Bilim insanlarının gelişmiş cihazlar üretmesiyle birlikte 1982 yılında kalp yetmezliği olan bir hastaya ilk kalıcı yapay kalp ameliyatı başarıyla gerçekleşti ve hasta ancak 112 gün yaşayabildi.

1990’lar doku mühendisliğinin yükselişte olduğu yıllardır. Artık biyomalzemelerle ilgili bir sonraki adım vücut gelişimini ve onarımını sağlayacak gerçek biyolojik malzemeler üretmekti.  Büyüyen deri ve kıkırdak fikri daha önceleri denenmiş olsa da ancak 1997 yılında somut başarı kazandı. Anestezi uzmanı Charles Vacanti yapı iskeletiyle inek kıkırdak hücrelerini kullanarak sırtında insan kulağı görünümlü kıkırdak yapıyı taşıyan bir fare ürettiler. Bu fare “Vacanti Faresi” olarak literatürde yerini aldı. Aynı yıllarda tüm dünyaca Dolly adıyla ünlenen ilk koyun klonlandı. Bu yıllarda doku mühendisliği yeni çalışmalarla hızla ilerlemeye devam etti.

2000’li Yıllar

2000’li yıllara gelindiğinde bilim ve teknolojinin büyük ilerlemeler kaydetmesiyle sayısız buluşlar ve yenilikler karşımıza çıkmaya başladı. Bunlardan en dikkat çekeni ise 2006 yılında bir insana yapılan laboratuvar ortamında üretilmiş ilk organ implantasyonudur. Ürolog Dr. Anthony Atala ilk defa laboratuvar ortamında mesane üretti ve vücuda implante ederek birçok kişinin hayatta kalmasını sağladı. Atala ve ekibi bugün de “yazıcıdan çıktı alır gibi” laboratuvarda üretimi yapılabilecek organlar üzerinde çalışıyor.

Yazıcı çıktısı gibi organ üretmeyi önüne koymuş bilim insanları, insanoğlunun hala en çok merak ettiği beyni üretmeyi de başarabilir miydi? Uzun süre bilim insanlarını meşgul eden bu soru nihayet cevabını buldu diyebiliriz. 2015 yılında ABD Ohio Eyalet Üniversitesi’nden bilim insanları laboratuvar ortamında neredeyse 5 haftalık fetüs beynine eşdeğer bir insan beyni üretmeyi başardı. Yetişkin insan deri hücrelerinden üretilen “Beyin Organoidi adı verilen yapı, laboratuvarda bugüne kadar elde edilmiş en gelişmiş beyin modeli özelliğini taşımaktadır.

Peki, Gelecekte Ne Olacak?

Son on yılda bilim insanları aklın sınırlarını zorlayacak fikirler ve bu fikirleri hayata geçirecek buluşlar gerçekleştirmekte ve bunun bir kısmı da insan vücuduna ilişkin malzemeler üzerinde olmaktadır. Son on yılın buluşları için biyomalzemelerin özellikle son 50 yılını aşan bir çizgiye ulaştığını söylemek pek hatalı olmaz sanırım. 3 boyutlu yazıcıların son teknolojileri ile her türlü doku ve organ üretimi gerçekleştirilmesi artık mümkün gözükmektedir. Gezici kanser hücrelerini temizleyen implantlar, biyonik göz, titanyumdan kaburga üretimi son yılın en yeni buluşları. Peki, gelecekte bizi ne bekliyor? Baştan sona yazıcı çıktısı insan tasarlamak mümkün olacak mı? İnsan bu soruyu sormadan edemiyor. Belki biz bu soruyu sorarken yeni bir organ yazıcıdan çıkmış olacak.

Kaynaklar

1. Nicholas Manos, Renata Budny, “Inside Dental Technology” AEGIS Communications, Vol. 2, Issue 1 January 2011

2. Buddy D. Ratner, Allan S. Hoffman, Frederick J. Schoen, Jack E. Lemons “Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine” Third Edition.,

3. Kate Torgovnick May. “11 Materials That Can Heal The Human Body.

4. Irving B. Rosen, “Dr. Norman Bethune As A Surgeon” History of Surgery. 39, No. 1, February 1996

 

Yorum yapın