VASKÜLER DOKU MÜHENDİSLİĞİ
Otolog damar grefti kullanımı ilk kez yirminci yüzyılın başlangıcında gerçekleşmiştir. Günümüzde otolog damarların 10 yıllık patensleri %50-60 oranındadır. Ne var ki vasküler by-pass cerrahisi gereken hastaların %60’dan fazlasında greft olarak kullanılmak üzere uygun damar bulunmamaktadır. Bu hastalar için sentetik vasküler greft geliştirmeye ihtiyaç duyulmuştur ve ilk kez 1950’lerde sentetik vasküler greftler kullanıma girmiştir. Günümüzde en yaygın kullanılanlar içinde “Dacron” (polietilen terefitalat- PET-) ve ekspande edilmiş politetra floroetilen (Gore-Tex) poliüretan materyaller sayılabilir. Bu materyaller, göreceli olarak daha ucuz, kullanıma hazır ve 6 mm ‘den daha büyük çaplı damarlar için çok uygunken küçük çaplı (6mm’den daha küçük çaplı ) vasküler yapılar için uygun olamamaktadırlar, çünkü materyalin kendisinin trombojenik özelliği olması ve intima hipertrofisine yol açması gibi dezavantajları vardır. Trombojenik etkiden kaçınmak için lümene endotel hücresi ekimi denenmiştir, ancak bu hücrelerin kalıcılığı sağlanamamıştır. Anastomoz hattında greft ve küçük çaplı damar arasındaki elastikiyet farkı, dağılmış akıma yol açmakta ve bu da intimal hiperplazisi oluşturarak tekrar tıkanmalara yol açabilmektedir. Bunun yanı sıra sentetik greftin kendisi de enfeksiyon kaynağı olabilmektedir. Tüm bu olumsuz özellikler doku mühendisliği yoluyla elde edilen vasküler greft geliştirilmesine yol açmıştır. (tissue engineered vascular grefts -TEVG)
Doku mühendisliği yoluyla vasküler greft elde etmek için istenen hücrelerin alınması, bunların kültür ortamında çoğaltılması, Bir iskelet
üzerine ekilmesi, Bunun , doku oluşumunu indükleyen ortamda kültür edilmesi, ve son olarak hastaya aktarımı gereklidir. Hücreler, hastadan biyopsi ile elde edilip uygun şekilde ve tekrar farklılaşmasına yol açmayacak kadar bekletilerek kültüre edilirler. Yapı iskeleti olarak kullanılacak materyal ekstrasellüler matriks proteinleri , doğal polimerler veya sentetik polimerlerden seçilebilir. Bu iskelet üzerine ekilen hücreler, bununla birlikte tekrar kültüre edilir ve yeni doku oluşumun için uygun sürede beklenir ve daha sonra hastaya aktarıma hazır hale gelir.
Günümüzde doku mühendisliği yoluyla elde edilen küçük çaplı vasküler greftlerde en önemli basamak, yapı iskeleti (scaffold) olarak kullanılacak materyalin seçimidir. Doğal materyallerin avantajı, hücre fonksiyonu için gerekli sinyalleri sağlayabilmesi ve hücrelerce şekillendirilebilmeleridir.
İskelet (Scaffold) Olarak Kullanılan Doğal Materyaller
a) Kollagen
İlk olarak örgülü Dacron ile desteklenmiş Tip1 kollagen üzerine kültüre edilmiş sığır endoteli, düz kas ve fibroblastlar yerleştirilmiş ve tekrar oluşum için kültüre edilmişlerdir. Sonuçta üzerindeki endotel hücrelerinin yaşadıkları da Von Villebrant faktör ve prostasiklin salgılamaları ile doğrulanmıştır. Yine de bu modelin dayanıklılığı doğal damar greftlerine göre daha zayıftır. (Max. Burst strength 325 mm Hg olarak ölçülürken Bu değer, doğal koroner arterde 5000 mmHg dır.) Diğer çalışmalarda domuz dokusundan elde edilen desellülarize kollajen iskeleler de denemiştir. Domuz ince bağırsak mukozası izole edilerek hücreden uzaklaştırılır ve esas olarak kollgenden oluşan matriks haline getirilir. Bu yapının daha dayanıklı olduğu, daha iyi kompliyansa sahip olduğu gösterilmiştir. Bu materyallerde esas problem, bunların da bir miktar trombojenik özelliklerinin olması ve xenogenik materyale olan immun yanıttır.
b) Desellülarize arteriyel matris:
Xenogenik arteriyel matris konduitler de geliştirilmektedir. Bu yaklaşımda damarlar, tripsin ve etilendiamintetraasetik asit ile muamele edilip hücrelerinden uzaklaştırılmaktadır. Bunun için domuz karotis arteri kullanılır ve desellülerize edildikten sonra safen venden izole edilen insan endotel hücreleri ve kasları bunun üzerine ekilir. Fizyolojik koşullarda pulsatil akıma maruz bırakılınca başarıyla tek katlı endotel tabakası oluşturmuştur. Bu xenogreftlerin de benzer şekilde immun yanıt oluşturma riski ve hastalık taşıma potansiyelleri de önümüzdeki engellerdendir.
c) Hücre “tabakası” (cell sheets)
L’Heureux ve ark nın yaptığı bir çalışmada (8) İnsan umbilikal veninden elde edilen düz kaslar ve insan deri fibroblastları süper akışkan nitelikte ve hücre tarafında sentezlenen ekstrasellüler matriks içeren tabakalar oluşturacak şekilde 5 hafta süreyle inkübe edilmiştir ve Bu, tabakalar yuvarlanarak düz kas tabakası ve dışta adventisya tabakası oluşturulmaya bırakılmıştır. 8 hafta süreyle bu iskele, kültüre edilmiş ve lümene endotel hücreleri ekilmiştir ve doğal bir arterin her üç tabası da elde edilmiştir. İn vivo ortamda hastaya aktarıldıklarında, implantasyonun 1. haftası sonunda %50 patens oranı saptanmıştır. Bu yapı tamamen insan hücreleri ve insan ekstrasellüler matriks proteinleri içermektedir. Bu örnekte de trombüs oluşumu gözlenmiştir, ve bu yapının gücü adventisya tabakasındadır oysa normal dokuda media tabakası esas olarak bu yükü taşımaktadır. Bunun yanı sıra 12 haftalık bekleme süresi de bir dezavantajdır.
Sentetik polimer İskeletler
Doğal materyallerin mekanik özelliklerinin zayıf olması nedeniyle sentetik materyallerin geliştirilmesi yönünde çalışmalar artmıştır. Biyolojik olarak emilebilen sentetik polimerler, gelişen üç boyutlu doku için geçici bir çevre oluşturacak şekilde tasarlanabilir. Bu amaçla poliglikolik asit , polietilen glikol gibi maddelerden iskele oluşturulup mekanik ve biyo uyumları incelenmektedir. Bu materyallerin en önemli özellikleri emilebilir yapıda olmaları ve mekanik kuvvetlerinin doğal materyallere göre daha iyi olmalarıdır.
Vasküler doku mühendisliğindeki potansiyel problemler
Greft patensinin önündeki en büyük sorun “tromboz” dur. Bu nedenle son dönemde yapılan çalışmalar daha çok trombozun önlenmesi üzerinde yoğunlaşmaktadır. Örneğin genetik mühendisliği ile antitrombotik faktörler salgılayabilen düz kas hücrelerinin endotel hücreleri ile ekimi gerçekleştirilerek greft patens oranlarını artırmaya yönelik çalışmalar vardır. Bir başka çalışmada güçlü bir trombosit agregasyon inhibitörü olan nitrik oksit kullanılmıştır. Nitrik oksit sentetaz 3 taşıyan virusle tranfekte edilen sığır düz kas hücreleri ile başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Alternatif gen terpisi olarak Vasküler Endoteliyal Büyüme Faktörü (VEBF) ile transfekte edilmiş vasküler hücrelerin kullanımı gündeme gelmiştir. Bu büyüme faktörü, endotel hücreleri için mitojen niteliktedir ve in vivo olarak anjiogenezi uyarmaktadır. VEBF ile transfekte edilmiş düz kas hücreleri, endotel hücre proliferasyon ve migrasyonunu in vitro olarak arttırdığı gösterilmiştir.
Özet olarak Küçük çaplı vasküler greftllerin doku mühendisliği önünde maliyet , süre, dayanıklılık, immunite gibi birçok problem dursa da sağlayacağı faydalar nedeniyle üzerinde yoğun olarak çalışılan konulardandır. Yakın gelecekte non trombotik özellikte ve yeterli mekanik güce sahip vasküler yapılar klinik çalışmalarda yerine alacaktır.