Doku mühendisliğinin sürekli sorunlarından biri, önemli doku kütlesinin zor üretimidir. Tasarlanan dokular normal olarak kan damarlarından yoksun olduğundan, daha büyük bir doku kütlesinin içindeki hücrelerin hayatta kalması için yeterli oksijen ve besin kaynağı elde etmesi ve dolayısıyla düzgün bir şekilde çalışması zordur.
Her ne kadar kendi kendine üretim herhangi bir doku mühendisliği yönteminde önemli bir rol oynasa da, doku büyümesi ve fonksiyonel farklılaşmanın doku mühendisliği tarafından yönlendirilmesi gerekmektedir. Fonksiyonel dokuların ve biyolojik yapıların in vitro olarak oluşturulması hücresel sağkalım, büyüme ve farklılaşma için bazı temel gereklilikleri belirlenmelidir. Genel olarak, temel gereksinimler arasında sürekli oksijen kaynağı , doğru pH , nem , sıcaklık , besin maddeleri ve ozmotik basınç yer alır.Bu aşamada hücreleri elde etmek için doku mühendisliğinin önemli bir elemanı olan biyoreaktörler devreye girer.
Peki Biyoreaktörler Nedir?
Biyoreaktör, biyolojik bir reaksiyon gerçekleştiren ve hücresel veya enzimatik immobilizasyonu gerçekleştirmek için aerobik hücreleri kültürlemek için kullanılan bir kap olarak tanımlanır. Biyoreaktörler , doku mühendisliği yapılarının gelişimini olgunlaştırmak ve yönlendirmek için doku mühendisliğinde kullanılan bir araç olarakta tanımlanabilir. Biyoreaktörler in vitro ortamda doku yapısı, organizasyonu, mekanik özellikler ve işlevi ile birlikte hücrenin hayatta kalmasını sağlar. Biyoreaktörler , üç boyutlu doku mühendisliği ile üretilmiş yapı boyunca gerekli besin maddelerinin yeterli şekilde verilmesi yoluyla hücre sağkalımını sağlar. Genel olarak biyoreaktörler aşağıdaki beş özellikten en az birini gerçekleştirmek üzere tasarlanırlar.
- Hücrelerin düzenli dağılımını sağlar.
- Kültür ortamındaki gazların ve besinlerin gerekli seviyede olmasını sağlar.
- Dokuya kütle transferini gerçekleştirir.
- Fiziksel uyarıcıya olanak tanır.
- Üç boyutlu dokunun oluşumu hakkında bilgi verir.
Biyoreaktör Çeşitleri
Spinner Flask Biyoreaktör
Belki de en basit ve en sık kullanılan biyoreaktör tipleridir.Ortamdaki oksijen ve besinleri karıştırır ve yapı yüzeyindeki konsantrasyon sınır tabakasını azaltır.
Manyetik karıştırıcı ile ortam karıştırılarak iskelelerin sabitlenmesi sağlanır ve 3D doku iskelelerinin çoğaltılması için kullanılırlar.
Spinner flask biyoreaktörler ile 0.5 mm kalınlığında pürüzsüz kıkırdak dokusu elde edilebilir.
Compression Biyoreaktör
Bu sınıftaki biyoreaktörler genellikle kıkırdak mühendisliğinde kullanılır, statik ve dinamik yüklemelerin uygulanabilmesi için dizayn edilebilirler. Kıkırdak oluşumu üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olan statik yüklemenin aksine, dinamik yükleme daha yararlı ve fizyolojik doku birikiminin daha fazla temsilcisidir.
Genellikle Compression Bioreactors; bir motor, doğrusal hareketli bir sistem ve farklı genlik ve frekansların yerdeğişimlerini sağlamakta kullanılan bir kontrol mekanizması içerir.
Rotating Wall Biyoreaktör
NASA tarafından geliştirilmiştir.Döner bir duvar kabı biyoreaktörü, dış duvarın, iç duvarın veya her ikisinin sabit bir açısal hızda dönebildiği bir silindirik odadan oluşur.Duvarın dönmesi ile, yerçekimi kuvvetine karşılık hidrodinamik sürtünme kuvveti doğar ve iskelenin askı
da kalması sağlanır.
Bu tip bir biyoreaktör ile 5 mm kalınlığında kıkırdak doku kültürü elde edilebilir.
Flow Perfusion Biyoreaktörler
Sürekli akış sistemidir.
Kültür ortamı doku iskelelerinin çevresinden ve içinden akıtılır, böylece doku iskelesinin hem dış hem de iç gözeneklerindeki kütle aktarımı artar.
Dezavantajları
- Mevcut biyoreaktörler, montajı ve sökülmesi zor olan son derece uzmanlaşmış cihazlardır.
- Hücre çıkışı düşüktür ve kültürleme süreleri uzundur.
- Ayrıca, doku yapısı ve organizasyonunun gerçek zamanlı izlenmesi henüz mevcut değildir.
- Biyoreaktörler kullanıldığında enfeksiyonda bir sorun olabilir.
- Uygulanan iskelelerin mekanik stimülasyona dayanması gerektiğinden, hücrelerin büyümesi için scaffoldun tipi önemlidir ve implante edildikten sonra daha uzun bozulma süresine sahip olabilen güçlü iskelelere ihtiyaç duyulmaktadır.
