hucrelerinnano4 2/6/5 13:32 page 62 h crelerÜn nanod...

4
Günümüzde doku mühendisli¤i yak- lafl›m› ile gerçeklefltirilen yapay sistem- lerde izlenen strateji, hücrelerin do¤al ya da sentetik bir malzemeden haz›rlan- m›fl bir iskelet yap› ile birlefltirilerek hib- rid sistemlerin oluflturulmas›d›r. Doku iskelesi olarak adland›r›lan bu yap›, hüc- relerin organize olarak ifllevsel bir do- kuya dönüflebilmelerinde yap›sal bir destek sa¤lar. Doku iskelelerinde canl›- l›¤›n› sürdüren ve ço¤alan hücrelerin pozisyonlar›n›n ve ifllevlerinin kontrol edilebilmesi, haz›rlanan yap›n›n baflar›l› olmas›ndaki kritik noktalar. ‹flte bu ne- denle bilim adamlar› hücrelerin bulun- duklar› mikroçevre ile olan etkileflimle- rinin hücresel ifllevleri ve davran›fllar› nas›l etkiledi¤ini a盤a ç›karmak için ça- ba sarf ediyorlar. Hücreler do¤al ortamlar›nda, çevrele- rini saran hücred›fl› matris, büyüme fak- törleri, sitokinler ve di¤er hücrelerle bir- likte karmafl›k ve dinamik bir mikroçev- rede bulunuyorlar. Hücre yap›flmas›, hücred›fl› matris proteinleri ve özgül hücre-yüzey reseptörleri aras›ndaki fizik- sel etkileflimle bafllar. ‹ntegrinler, hücre iskeleti ile hücred›fl› matrisi birbirine ba¤layan zar (membran) almaçlar›d›r (re- septör). ‹ntegrinlerin hücred›fl› matriste- ki ligandlara ba¤lanmas›yla etkin yap›fl- ma (fokal yap›flma) meydana gelir. Bu aflamadan sonra, hücreiçi sinyaller dev- reye girer ve üreme, göç ve farkl›laflma gibi hücresel ifllevler oluflur. Doku olufl- 62 Temmuz 2007 B‹L‹MveTEKN‹K fiekil 1. Polistirenden üretilmifl hücre kültür kaplar› (a) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile al›nan topografik görüntüsü (b). fiekil 2. Klasik fotolitog- rafik teknik ile malzeme yüzeyinde desenli bölge- lerin elde edilmesi. fiekil 3. (a) Düz bir yüzey üzerinde yay›lan hücreler ve bunlara ait hücre iskeletinin flematik görünümü, (b) oluklu bir yüzeyde mikrofilamentlerin yeniden flekillenmesi ve epitenon (tendon) hücrelerinin 14μm aral›klarla desenlenmifl, 7μm geniflli¤inde ve 3μm derinli¤inde oluklar üzerinde s›ralanmalar› (Wilkinson ve ark., 2002). HÜCRELER‹N NANODÜNYASI Hücreler ile malzemeler aras›ndaki etkileflimlerin anlafl›lmas›, biyolojik uygulamalarda kullan›lacak yeni malzemelerin gelifltirilmesindeki en önemli basamak. Ne var ki, bu etkileflimlerin anlafl›labilmesi için yap›lan çal›flmalarda hücreler bulunduklar› ortamdan uzaklaflt›r›larak, do¤al fiziksel ve kimyasal çevrelerine hiç de benzemeyen ortamlarda üretiliyor (hücre kültürleri). Bu nedenle, normal ifllevlerinde kay›plar ya da de¤ifliklikler meydana gelebiliyor. Do¤al mikroçevrede gerçekleflen olaylar zinciri hücrenin fizyolojik ve biyokimyasal özelliklerini, k›saca fenotipini ve ifllevini nas›l etkiliyor? ‹flte bu sorular›n cevaplar›na yönelik araflt›rmalar hücreyi daha iyi anlamam›z› ve özellikle yapay doku ve organlar›n gelifltirilmesi için yaklafl›mlarda bulunmam›z› sa¤layacak. Son y›llarda nanoteknoloji konusundaki ilerlemeler bu araflt›rmalara önemli katk›da bulunuyor. Nanoteknolojide kullan›lan yüzey-fabrikasyon teknikleri ile nanoyap›lara sahip, özgül kimyasal ve topografik desenleri olan yüzeylerin gelifltirilmesi, hücresel ifllevlerin do¤al mikroçevrelerine çok benzer ortamlarda düzenlenmesine ve incelenmesine olanak sa¤l›yor. (a) (a)

Upload: others

Post on 24-Jan-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Günümüzde doku mühendisli¤i yak-lafl›m› ile gerçeklefltirilen yapay sistem-lerde izlenen strateji, hücrelerin do¤alya da sentetik bir malzemeden haz›rlan-m›fl bir iskelet yap› ile birlefltirilerek hib-rid sistemlerin oluflturulmas›d›r. Dokuiskelesi olarak adland›r›lan bu yap›, hüc-relerin organize olarak ifllevsel bir do-kuya dönüflebilmelerinde yap›sal birdestek sa¤lar. Doku iskelelerinde canl›-l›¤›n› sürdüren ve ço¤alan hücrelerin pozisyonlar›n›n ve ifllevlerinin kontrol

edilebilmesi, haz›rlanan yap›n›n baflar›l›olmas›ndaki kritik noktalar. ‹flte bu ne-denle bilim adamlar› hücrelerin bulun-duklar› mikroçevre ile olan etkileflimle-rinin hücresel ifllevleri ve davran›fllar›nas›l etkiledi¤ini a盤a ç›karmak için ça-

ba sarf ediyorlar.Hücreler do¤al ortamlar›nda, çevrele-

rini saran hücred›fl› matris, büyüme fak-törleri, sitokinler ve di¤er hücrelerle bir-likte karmafl›k ve dinamik bir mikroçev-rede bulunuyorlar. Hücre yap›flmas›,hücred›fl› matris proteinleri ve özgülhücre-yüzey reseptörleri aras›ndaki fizik-sel etkileflimle bafllar. ‹ntegrinler, hücreiskeleti ile hücred›fl› matrisi birbirineba¤layan zar (membran) almaçlar›d›r (re-septör). ‹ntegrinlerin hücred›fl› matriste-ki ligandlara ba¤lanmas›yla etkin yap›fl-ma (fokal yap›flma) meydana gelir. Buaflamadan sonra, hücreiçi sinyaller dev-reye girer ve üreme, göç ve farkl›laflmagibi hücresel ifllevler oluflur. Doku olufl-

62 Temmuz 2007B‹L‹M veTEKN‹K

fiekil 1. Polistirenden üretilmifl hücre kültür kaplar›(a) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile al›nan

topografik görüntüsü (b).

fiekil 2. Klasik fotolitog-rafik teknik ile malzemeyüzeyinde desenli bölge-

lerin elde edilmesi.

fiekil 3. (a) Düz bir yüzey üzerinde yay›lan hücreler ve bunlara ait hücre iskeletinin flematik görünümü, (b) oluklu bir yüzeyde mikrofilamentlerin yeniden flekillenmesi ve epitenon (tendon) hücrelerinin 14µm aral›klarla

desenlenmifl, 7µm geniflli¤inde ve 3µm derinli¤inde oluklar üzerinde s›ralanmalar› (Wilkinson ve ark., 2002).

HÜCRELER‹NNANODÜNYASIHücreler ile malzemeler aras›ndaki etkileflimlerin anlafl›lmas›, biyolojik uygulamalarda kullan›lacak yeni

malzemelerin gelifltirilmesindeki en önemli basamak. Ne var ki, bu etkileflimlerin anlafl›labilmesi için yap›lançal›flmalarda hücreler bulunduklar› ortamdan uzaklaflt›r›larak, do¤al fiziksel ve kimyasal çevrelerine hiç de

benzemeyen ortamlarda üretiliyor (hücre kültürleri). Bu nedenle, normal ifllevlerinde kay›plar ya dade¤ifliklikler meydana gelebiliyor. Do¤al mikroçevrede gerçekleflen olaylar zinciri hücrenin fizyolojik ve

biyokimyasal özelliklerini, k›saca fenotipini ve ifllevini nas›l etkiliyor? ‹flte bu sorular›n cevaplar›na yönelikaraflt›rmalar hücreyi daha iyi anlamam›z› ve özellikle yapay doku ve organlar›n gelifltirilmesi için

yaklafl›mlarda bulunmam›z› sa¤layacak. Son y›llarda nanoteknoloji konusundaki ilerlemeler bu araflt›rmalaraönemli katk›da bulunuyor. Nanoteknolojide kullan›lan yüzey-fabrikasyon teknikleri ile nanoyap›lara sahip,

özgül kimyasal ve topografik desenleri olan yüzeylerin gelifltirilmesi, hücresel ifllevlerin do¤al mikroçevrelerineçok benzer ortamlarda düzenlenmesine ve incelenmesine olanak sa¤l›yor.

(a) (a)

hucrelerinNano4 2�/6/�5 13:32 Page 62

turmak için, doku iskelesi varl›¤›nda dabu aflamalar›n hepsinin gerçekleflmesigerekiyor. ‹flte bu noktada hem yüzeytopografisi, hem de yüzeydeki biyolojikmoleküllerin varl›¤› hücresel davran›flla-r› etkiliyor. fiimdi s›ras›yla bu faktörlerinetkisini inceleyelim.

Yüzey Topografisinin Etkisi

Hücreler çevrelerine karfl› son dere-ce duyarl›lar. Bu hassasiyet kat kat çar-flaf›n alt›ndaki küçük bir bezelye tanesi-ni hissedebilen masal prensesininkin-den de fazla. Vücudumuzdaki hücrelergenellikle 10 mikron boyutundalar. Bu-lunduklar› ortamda kendilerinden 1000ila 5000 kat daha küçük olan, yaklafl›k5 nanometrelik (nm) yap›lara bile tepkigösterebiliyorlar. Kültürlenmek üzeredo¤al ortamlar›ndan uzaklaflt›r›ld›kla-r›nda ya da yapay bir doku iskelesineyerlefltirildiklerinde, hücreler hiç de afli-na olmad›klar›, do¤al ortamlar›na ters,nanodetaylar›n karmafl›k ve gelifligüzelbulundu¤u bir nanodünya ile karfl›lafl›-yorlar. Örne¤in, hücre kültürlerindeyayg›n olarak kullan›lan ve ç›plak gözlebakt›¤›m›zda düzgün bir yüzeye sahipolarak alg›lad›¤›m›z polistiren hücrekültür kaplar›n›n atomik kuvvet mikros-kobu (AFM) ile incelenmesi, yüzeyindeyaklafl›k 10 nm yüksekli¤inde kabart›larbulundu¤unu göstermifl bulunuyor.

Peki hücreler bu nanoboyuttaki yap›-lardan etkilenirler mi? Bu sorunun yan›-t› nanodesenli topografiye sahip yüzey-lerin haz›rlanmas› ve çeflitli hücre türle-riyle etkileflimlerinin incelenebilmesinekadar aç›kl›k kazanmam›flt›. Geçti¤imiz20 y›lda, silikon mikroelektronik endüs-

trisinde kullan›lan litografi (bask›lama)ve yüzeyden kaz›ma (etching) teknikle-rinin bu alanda uygulanmas› fikri, dahadetayl› ve sistematik çal›flmalar›n önünüaçt›. Topografik desenlere sahip yüzey-lerin haz›rlanmas›nda kullan›lan bafll›cateknikler, elektron ›fl›n radyasyonu, fo-tolitografi (›fl›kla bask›lama) ve kal›pla-r›n kullan›ld›¤› litografi (soft litografi)teknikleri. Ne var ki, klasik fotolitografi-de kullan›lan kimyasallar (fotorezistler)birçok polimerik malzeme için –özellik-le doku iskelesi olarak kullan›lan biyo-bozunur polimerler için-uygun de¤il.Böyle bir durumda, öncelikle silika yü-zey üzerinde fotolitografi kullan›laraktopografik desenler elde edilebilir. Dahasonra eriyik halindeki polimer bu kal›-b›n üzerine dökülerek so¤utulur ve de-senler (oluklar ya da kabartmalar) poli-mer yüzeyine transfer edilmifl olur.

Ço¤u hücre tipi yüzey üzerinde bulu-nan mikron boyutundaki oluklu yap›lar-dan etkileniyor. fiekillerini de¤ifltirerekve oluk yönünde uzayarak hizaya giri-yorlar. Bu s›ralanma olu¤un derinli¤ineve baz› durumlarda geniflli¤ine de ba¤l›.

Hücrelerin bu davran›fl biçimi, fiekil4’de görece¤imiz gibi hücre iskeletininyeniden flekillenmesi ile aç›klanabilir.

Hücrelerin nanodesenli yüzeylerdekidavran›fllar›na bakacak olursak, yüze-yinde 300 nm aral›klarla 100 nm’lik di-key kabartmalar bulunan polikaprolak-ton (biyouyumlu ve biyobozunur bir po-limer) ile yap›lan bir çal›flmada, epite-non (tendon) hücrelerinin nano-yap›larasahip bu yüzeyi tercih etmedi¤i ve hüc-relerin yüzeye yaklaflmalar›na ra¤menyüzeyle temaslar›n›n gerçekleflmedi¤igözlemlenmifltir. Bu sonuç stentler veyapay damar sistemleri gibi özelliklehücre yap›flmas›n›n istenmedi¤i implant-lar›n gelifltirilmesinde oldukça önemli.Tabii ki ilk akla gelen soru, hücrelerinnano-yap›lara niçin bu flekilde cevapverdikleri. Bu sorunun cevab› nano to-pografiye sahip yüzeylerde hücre yap›fl-mas› için gerekli kuvvetli etkilefliminsa¤lanamamas› ya da daha az bir ihti-malle, nano topografinin yüzey kimyas›-n› da etkilemifl olmas› olarak düflünülsede henüz kesinlik kazanm›fl de¤il.

fiekil 4. RGD peptid dizilimi.

fiekil 6. Fotokimyasal mikrofabrikasyon ile biyosinyal moleküllerin mikrodesenli olarakkontrollü bir geometride malzeme yüzeyine tutuklanmas›.

fiekil 5. ‹ntegrinler(hücre membran

reseptörleri) arac›l›¤›ile fokal yap›flman›n

gerçekleflmesi.

fiekil 7. Soft-litografik tekni¤in flematik gösterimi (mikrokontakt bask›lama). Teknikte kullan›lan PDMS kal›pklasik fotolitogtafi ile haz›rlan›r. Hücred›fl› matris proteinleri veya aktif biyosinyal moleküller ile yüklenen ve

mikrodesenlere sahip olan kal›p hücreler için uygun olan biyomalzeme ile etkilefltirilir ve kal›ptaki aktifmoleküller kontrollü bir geometride biyomalzeme yüzeyi üzerine aktar›l›r.

63Temmuz 2007 B‹L‹M veTEKN‹K

hucrelerinNano4 2�/6/�5 13:32 Page 63

Yüzey Kimyas›n›n Etkisi

Hücreler için bulunduklar› ortam›ntopografisi ve fiziksel mikroçevresi ka-dar yüzey kimyas› da önemli. Hücred›-fl› matriste bulunan ve hücre yap›flma-s›n› destekleyen arjinin-glisin-aspartikasit (RGD) gibi peptid dizilerinin sente-tik malzemeler ile birlefltirilerek yüzey-lerin hücre yap›flmas› için çekici halegetirilmesi mümkün. RGD peptidi, biryüzey üzerine tutukland›¤›nda ligandgörevi görür ve hücre üzerindeki re-septörler (integrinler) ile etkileflimisa¤lar. Hücrenin yüzeye tutunmas›ylabafllayan bu etkileflim, hücrenin yay›l-mas› ve hücre iskeletinin organizasyo-nu ile devam eder ve sonuçta etkin ya-p›flma (fokal yap›flma) gerçekleflir.

Sentetik malzemeler ile birlefltirildi-¤inde hücre davran›fllar›n› etkileyen

bir di¤er biyosinyal molekül grubu isebüyüme faktörleri. Dokular›n büyümeve gelifliminden sorumlu olan oligo-peptid yap›s›ndaki bu moleküller, hüc-re yüzeyindeki almaçlara ba¤lanarakhücre bölünmesi ve farkl›laflmas›n›do¤rudan harekete geçirirler. Hücrele-re yay›labilen bu moleküller yüzeylerüzerine tutuklanarak kontrollü bir fle-

kilde ortama sal›nmalar› sa¤lanabilir.Literatürde tan›mlanm›fl olan 130 adetbüyüme faktörünün içinde üzerindeen çok araflt›rma yap›lan büyüme fak-törlerinden biri de epidermal büyümefaktörü (EGF). EGF’nün embriyonikve do¤umu izleyen aflamada difllerinç›kmas›, gözlerin aç›lmas› ve deri olu-flumundaki etkilerinin yan›s›ra, özellik-le epitel hücreler üzerinde pekçok etkigösterdi¤i bilinmektedir. Sözü geçenbu biyolojik molekül gruplar›n›n sente-tik veya do¤al malzemeler ile biraradakullan›lmalar› durumunda hücrelerindo¤al mikroçevresindeki kimyasalözellikler yapay ortamlara tafl›nabilirve hücre yap›flmas› ve üremesi kontroledilebilir.

Ne var ki, biyolojik moleküllerinmalzeme yüzeyine tutuklanmas›ndakullan›lan klasik yöntemlerle, bu mole-küllerin yüzey üzerindeki da¤›l›mlar›n›

64 Temmuz 2007B‹L‹M veTEKN‹K

FotolitografiFotolitografi, mikroelektronik endüstrisinde

yayg›n olarak kullan›lan bir tekniktir. Temel ola-rak, ›fl›¤a duyarl› bir malzemenin (fotorezist) yü-zey üzerine kaplanmas› ve daha sonra deseni ön-ceden belirlenmifl bir fotomaske üzerinden ultra-viyole ›fl›n› (UV) uygulanmas›yla, maske deseni-nin yüzey üzerinde elde edilmesi esas›na dayan-maktad›r. Oluflturulan desenli yüzey üzerine bi-yolojik moleküllerin kaplanmas›yla biyodesenliyüzeyler elde edilir. Hücreler, yüzeyler ile etkilefl-tiklerinde biyodesenli bölgeleri tercih ederler veböylelikle yüzeyler üzerinde desenlenmifl hücre-ler elde edilir. Yüzeylerin mikrodesenlenmesindekullan›lan oldukça geliflmifl bir teknik olmas›nara¤men, “temiz oda” koflullar›na ihtiyaç duyul-mas› beraberinde baz› dezavantajlar› getirmekte-dir. Biyolojik çözeltiler, mikroelektronik teknolo-jisi için haz›rlanan temiz oda koflullar›n› bozmak-tad›r. Ayr›ca desenlerin elde edilmesinde kullan›-lan kimyasallar, hücreler için toksik özellik gös-termekte ve pek çok malzemenin y›¤›n yap›s›nada zarar vermektedir. Kullan›lan maskeler mikro-elektronik teknolojisi için özel olarak gelifltirilenkuartz-krom maskelerdir.

Fotokimyasal MikrofabrikasyonBu teknikte, yüzeylere tutuklanacak biyolojik

moleküller öncelikle fotoreaktif özellik tafl›yan birmolekül ile reaksiyona sokulur. Yüzeylere tutuk-lama ifllemi klasik fotolitografide kullan›lan ku-

artz-krom fotomaske varl›¤›nda UV ›fl›n› kullan›la-rak gerçeklefltirilir. Maskenin alt›nda yüzeyin ›fl›ngören bölgelerinde (kuartz bölgeler) reaksiyonoluflur ve biyosinyal moleküllerin aktif olarak yü-zeye tutuklanmas› litografik olarak gerçekleflir.

Soft LitografiFotolitografik tekniklerin dezavantajlar›n› or-

tadan kald›rmak amac›yla gelifltirilmifl olan tek-niklerdir. Yüzeylerde mikrodesenli bölgelerinoluflturulmas›nda yumuflak, biyouyumlu ve optikgeçirgenlik özelliklerine sahip polidimetil silok-san (PDMS) kal›plar kullan›lmaktad›r. Klasik fo-tolitografi kullan›larak haz›rlanan mikrodesenlibu kal›plar biyolojik moleküllerin yüzeye mikro-desenli olarak aktar›lmas›n› sa¤lamaktad›r. Softlitografik teknikler uygulamadaki farkl›l›klar›nagöre bafll›ca iki grupta toplan›r: mikrokontaktbask›lama ve mikroak›fl kanallar›.

Uygulamada en s›k karfl›lafl›lan mikrokontaktbask›lama tekni¤i, PDMS kal›plar›n ve yüzey üze-rinde kendili¤inden organize olabilen molekülle-rin (self-assembling monolayers) kullan›ld›¤› tek-niklerdir. Moleküllerin yüzey ile etkileflebilmesiiçin, kullan›lacak malzeme yüzeyi önce alt›n ilekaplanmaktad›r. Yüzey üzerinde tek tabaka ha-linde organize olan ve aktif gruplar oluflturanmoleküller ise alkantiol molekülleridir. Mikrode-senli PDMS kal›plara emdirilmifl olan bu mole-küller alt›n kapl› yüzeyle temas ettiridi¤inde tioluçlar› sadece kal›b›n mikrodesenlerinin bulundu-

¤u k›s›mlarda yüzeydeki alt›n ile etkileflir. Buyöntemle elde edilen mikrodesenli aktif gruplarüzerine biyolojik moleküller tutturularak biyode-senli yüzeyler haz›rlan›r.

Mikroak›fl kanallar› ile desenleme yöntemin-de ise; üç boyutlu mikrodesenli PDMS kal›p mal-zeme yüzeyi ile temas ettirilir ve yüzey ile kal›paras›nda mikrokanallar›n oluflturulmas› sa¤lan›r.Yüzey üzerine mikrodesenli olarak yerlefltirilmekistenen biyolojik moleküllerden oluflan çözelti,bu mikroak›fl kanallar›ndan geçirilir ve yüzeye te-mas etti¤i mikrokanal bölgelerinde yüzeye tutuk-lanma gerçekleflir.

Lazer Ifl›nlar› ile DesenlemeBu teknikte biyomalzeme olarak kullan›lacak

yüzey üzerine bak›rdan haz›rlanan ve mikrode-senlere sahip bir maske yerlefltirilir. UV-lazer›fl›nlar›n›n maske üzerinden uyguland›¤› bölgeler-de yüzeyden moleküler düzeyde kopmalar mey-dana gelmekte ve böylelikle yüzey üzerinde fark-l› topografiye sahip mikrodesenli bölgeler eldeedilmektedir.

Plazma ‹le Desenleme Plazman›n (maddenin 4. hali, yani iyonlaflm›fl

gaz hali) kullan›ld›¤› mikrodesenleme çal›flmala-r›nda, yüzey üzerinde farkl› topografi ve kimya-sal özelliklere sahip mikrodesenli bölgelerin eldeedilmesi amac›yla plazma uygulamas› nikel birmaske varl›¤›nda gerçeklefltirilir.

Yüzeylerin Mikro/Nano Desenlenmesinde Kullan›lan Teknikler.

fiekil 8. Mikrokontakt bask›lama ile mikrodesenleme tekni¤inin flemas›.

fiekil 10. Hücre kültür kab›nda yay›lm›fl olan L929fare fibroblast hücrelerin Giemsa ile boyanarak

elde edilmifl olan mikroskop görüntüsü.

fiekil 9. Mikroak›fl kanallar› ile mikrodesenleme tekni¤inin flematik görünümü.

hucrelerinNano4 2�/6/�5 13:32 Page 64

kontrol edemiyoruz. Mikrofabrikasyonteknolojisinin ve nanoteknolojininsundu¤u teknikler ya da bunlardanesinlenerek gelifltirilen yöntemler yar-d›m›yla, biyolojik molekülleri kontrol-lü bir geometride yüzeyler üzerine yer-lefltirmek ve dolay›s›yla hücre davra-n›fllar›n› kontrol etmek mümkün. Sen-tetik veya do¤al polimerlerin topogra-fik olarak desenlenmesinde kullan›lanfotokimyasal tekniklerin, bu yüzeyle-rin biyosinyal moleküllerle desenlen-mesinde de kullan›labilece¤ini görüyo-ruz. Klasik fotolitografik teknikle k›-yasland›¤›nda, polimerin y›¤›n yap›s›nazarar verebilecek kimyasallar›n kulla-n›lmamas› ve kolay uygulanabilmesi,fotokimyasal mikrofabrikasyon tekni¤iiçin önemli avantajlar.

Yar› iletken endüstrisinde kullan›lanmikrofabrikayon teknolojilerinden yolaç›karak gelifltirilen teknikler aras›ndaönemli yeri olan di¤er teknikler soft-li-tografik tekniklerdir. Soft-litografikteknikler, birçok doku kültür malzeme-sine uygulanabilen kolay tekniklerdir.Klasik fotolitografi ile k›yasland›¤›nda,biyomalzeme üzerindeki uygulaman›nkolay olmas›, biyolojik molekülleri etki-leyecek kimyasallar›n kullan›lmamas›ve maliyetlerin düflük olmas› gibi avan-tajlara sahip tekniklerdir.

Biyolojik moleküllerin desenlenme-sindeki en önemli potansiyel avantaj,yüzey üzerinde hücre tipine özgü böl-geler oluflturulabilmesi ve yüzeylerüzerinde çoklu hücre sistemlerinin ha-z›rlanabilmesi. Dezavantaj ise, hücrele-rin bu bölgeler üzerine tutunduktansonra proteolitik enzimler (protein ya-

p›s›n› parçalayan) gibi çeflitli proteinle-ri salg›lamalar› ve biyolojik desenlerinbu salg›lardan etkilenerek ortadankalkmas›, yani topografik desenleregöre ömrünün k›sa olmas›.

Britland isimli bilim adam› taraf›n-dan 1996 y›l›nda yap›lan bir çal›flmada,hücrelerin kimyasal ya da topografikyap›lara olan cevaplar›n›n karfl›laflt›r-mal› olarak incelenmesi amac›yla hüc-re kültürleri hem topografik, hem debiyolojik desenler içeren silikon yüzey-lerde gerçeklefltirilmifl. 500 nm’den kü-çük olan oluk derinliklerinde hücredavran›fl›na biyolojik moleküllerin et-kileri hakim olurken, daha büyük de-rinliklerde topografik etkiler üstüngelmifl.

Desenli yüzeyler üzerinde gerçek-lefltirilen çeflitli araflt›rmalarda hücre-nin yay›lma davran›fl›n›n üreme vefarkl›laflma davran›fllar›n› etkiledi¤igözlenmifltir. Mezenkimal kök hücre-ler ile yap›lan çal›flmalarda, desenli yü-

zeylerde hücre yap›flma ve yay›lmageometrisinin kontrol edilmesi ile fark-l›laflma gösteren kök hücreler kemik,ya¤, kas ve k›k›rdak gibi de¤iflik doku-lara dönüflmüfl. Hücre flekline ya da ya-y›lmas›na verilen bu farkl› hücresel ce-vaplar›n hücre iskeletindeki kuvvetlerve hücred›fl› matris etkileflimleri ile de-¤iflti¤i sonucuna var›lm›flt›r. Tüm buaraflt›rmalar, hücrenin yap›flma davra-n›fl› ile hücreiçi mekanik yap› aras›ndaanlafl›lmas› güç bir ba¤ oldu¤unu gös-teriyor. Hücrenin yüzey üzerindekifleklinin kontrolü en çok üreme vefarkl›laflmay› etkilese de, protein sal›m›üzerinde de etkili oldu¤u kesin. Hücreflekli gibi fiziksel parametreler ile biyo-kimyasal prosesler aras›nda nas›l biriliflki olabilece¤ini ortaya ç›karmak,araflt›rma dünyas›n›n öncelikle odak-land›¤› bir konu. Bu noktada nanotek-noloji ve biyoloji biliminin biraraya gel-mesi ile pekçok soru cevap buluyor.

Mikrofabrikasyon teknikleri hücre-lerin yap›flma davran›fllar› ve hücre ya-p›flmas› s›ras›ndaki olaylar zincirininayd›nlat›lmas›nda çok yararl› olmaklabirlikte, bu tekniklerin kullan›m› biyo-teknoloji alan›nda nanotopografininfarkl› uygulamalar›na da ›fl›k tutacak.

Prof. Dr. Menemfle Gümüflderelio¤luDr. Ayfle Karakeçili

Hacettepe Üniv., Kimya Mühendisli¤i Bölümü

Kaynaklar:1. A. Karakeçili, Mikrodesenli Biyoaktif Malzemelerin Dizayn›, Ka-

rakterizasyonu ve Doku Mühendisli¤i’ndeki Uygulamalar›. Dok-tora Tezi, Hacettepe Üniversitesi, 2006.

2. A. Karakeçili, T. T. Demirtafl, C. Satriano, M. Gümüflderelio¤lu,G. Marletta, Evaluation of L929 Fibroblast Attachment and Pro-liferation On RGDS-Immobilized Chitosan in Serum-Contai-ning/Serum-Free Cultures, Journal of Bioscience and Bioengi-neering, 2007.

3. W. Liu, C. Chen, Engineering Biomaterials To Control Cell Func-tion, Materials Today, 2005.

4. A. Curtis, C. Wilkinson, Nanotechniques and Approaches in Bio-technology, Trends in Biotechnology, 2001.

65Temmuz 2007 B‹L‹M veTEKN‹K

fiekil 12. (a) Fotokimyasal mikrofabrikasyontekni¤inde kullan›lan fotomaske. Aç›k renk bölgelerUV ›fl›n›n geçti¤i 100 µm çap›ndaki kuartz bölgeler,koyu renk ise maskenin kromla kapl› bölgeleridir, (b)Fotokimyasal mikrofabrikasyon tekni¤i kullan›larak

hücre yap›flmas›n› artt›ran RGDS biyosinyalmoleküllerinin kitosan yüzeylere mikrodesenli

biçimde tutuklanmas› (koyu renk bölgeler) ve RGDStutuklanm›fl bu bölgelerde L929 fare fibroblast

hücrelerinin yap›flma davran›fl›. Hücreler biyosinyalmoleküllerin bulundu¤u mikrodesenlere yap›flmay›tercih etmifl ve bu bölgeler üzerinde yo¤unlaflm›flt›r

(A. Karakeçili, Doktora Tezi, 2006).

fiekil 11. Hücrenin yap›flma ve yay›lmas›n›etkileyecek mikro/nanodesenlere örnekler, (a)silikon yüzey üzerinde 80 nm eninde, 180 nm

yüksekli¤indeki kabart›lar, (b) 7 µm geniflli¤inde ve3 µm derinli¤inde oluklar.

fiekil 13. Hayvansalhücrenin flematik

görünümü.

hucrelerinNano4 2�/6/�5 13:32 Page 65