Kırık Bir Kalbi Tamir Edebilecek Tasarıma Bir Adım Daha Yakınlaşmak

İrlanda Dublin Trinity Üniversitesi’den biyomühendisler, kalp dokusunun önemli yönleriyle aynı işi yapan bir prototip yama geliştirdiler. Geliştirdikleri bu yamalar mekanik taleplere dayanır ve kalbimizin vücudumuza ritmik olarak kan pompalamasına izin veren elektriksel sinyal özelliklerini taklit eder. Araştırmacıların yaptıkları iş aslında bizi kırık kalbi onarabilecek işlevsel bir tasarıma bir adım daha yaklaştırmaktadır. Yapılan bir araştırma bize AB'de altı erkekten ve yedi kadından birinin yaşamlarının bir noktasında kalp krizi geçireceğini göstermektedir. Ayrıca dünya çapında, ırktan bağımsız olarak diğer hastalıklara oranla kalp hastalığından ölen insan sayısı daha fazladır. Kalp hücreleri ile kaplı kardiyak yamalar, kalp krizinden sonra doku hasarı görmüş hastalarda kalp dokusunu düzeltmek ayrıca bebeklerde ve çocuklarda konjenital kalp kusurlarını onarmak için cerrahi olarak uygulanabilmektedir. Nihayetinde buradaki amaç, kalp kası hareketini bozmadan kalp hücrelerinin eşzamanlı atışını geri yükleyebilen hücresiz yamalar oluşturmaktır. Biyomühendisler, bizi böyle bir gerçekliğe bir adım daha yaklaştıran çalışmalarını Advanced Functional Materials dergisinde yayınlamışlardır.

Trinity'de biyomedikal mühendisliğinde yardımcı profesör ve kıdemli yazar olan Michael Monaghan göre alanda yapılan ilerlemelere rağmen, kalp hastalığı hala sağlık sistemlerinin ve dünya çapındaki hastaların yaşam kalitesi üzerinde büyük bir yük oluşturmaktadır.

Sonuç olarak, araştırmacılar sürekli olarak kök hücre tedavilerini, biyomalzeme jel enjeksiyonlarını ve yardımcı cihazları içerebilen yeni tedaviler geliştirmek istemektedirler. Monaghan çalışmalarının geleneksel bir materyale bakan birkaç çalışmadan biri olduğunu ve etkili tasarımı sayesinde, kalbin yönüne bağımlı mekanik hareketini taklit etmelerine izin verdiğine bunun da tekrarlanabilir bir şekilde sürdürülebilir olduğunu belirtti. Ayrıca, bunu ‘eriyik elektrokimasyonu' adı verilen yeni bir yöntemle başardıklarını ve ulusal olarak bulunan tedarikçilerle yakın işbirliği sayesinde süreci tasarım gereksinimlerine uyacak şekilde özelleştirebildiklerini sözlerine ekledi.

Kalp Dokusu için Biyomühendislik Yaklaşımı

Bu çalışma, Trinity Biyomedikal Bilimler Enstitüsünde bulunan Trinity Biyomedikal Mühendisliği Merkezi'nde Avectas Ltd'nin bir iştiraki olan Spraybase® ile işbirliği içinde gerçekleştirildi ve İnovasyon Ortaklığı Programı (IPP) aracılığıyla Enterprise Ireland tarafından finanse edilmiştir. Spraybase® direktörü Dr Gillian Hendy, çalışmanın da ortak yazarıdır. Dr Hendy, Trinity'deki takıma tamamlanan çalışmalar ve Spraybase® Eriyik Elektrok Yazısı (MEW) Sistemindeki ilerlemeler konusunda övgüde bulunmuştur. Ekibin elde ettiği başarı, bu yeni teknolojinin kardiyak alandaki potansiyel uygulamalarını vurgulamakta ve IPP gibi platformlar aracılığıyla endüstri ve akademik işbirliğinin faydalarını kısa sürede yakalamaktadır. Kalp dokusu için yedek malzemelerin mühendisliği zordur, çünkü kalp sürekli hareket eden ve daralan bir organdır. Kalp kasının (miyokard) mekanik talepleri, ağırlıklı olarak biyomedikal uygulamalar için onaylanmış seçenekler olan polyester bazlı termoplastik polimerler kullanılarak karşılanamamaktadır. Bununla birlikte, termoplastik polimerlerin işlevselliği yapısal geometrisi ile güçlendirilebilir. Biyomühendisler daha sonra bir materyalin çok yönlü olarak genişlemesini kontrol edebilen ve bunu bir mühendislik tasarım yaklaşımı kullanarak ayarlayabilen bir yama yapmaya başladılar. Yamalar, tekrarlanabilir, doğru ve ölçeklendirilebilir olan Spraybase®'in temel teknolojisi olan eriyik elektrokripsiyon yoluyla üretilmiştir. Yamalar ayrıca hücre uyumluluğunu korurken elektriksel iletkenlik sağlamak için elektro-iletken polimer polipirol ile kaplanmıştır. Yama, kardiyak biyomalzemeler için baskın bir endişe olan ve kalp kasının bu anahtar özelliğini doğru bir şekilde taklit etmek için iyi esneklik gösteren tekrarlanan gerilmeye dayanmaktadır.

Trinity’deki çalışmanın ilk araştırmacılarından olan Dr. Dinorath Olvera, elektrokondüktif yamalarının, ex vivo modelde biyolojik doku arasındaki elektrik iletimini desteklediğini dolayısıyla bu sonuçların, kalp dokusunun mekanik hareketi ve elektriksel sinyalini yeniden özetleyebilen biyomühendislikli bir yama oluşturmaya yönelik önemli bir adımı temsil ettiğini ifade etmektedir.