Bugüne kadar dokuma, örme, örgü, sarım ve nakış gibi tekstil tekniklerinin tıbbi alandaki kullanımı; gazlı bez/sargı bezi, bandaj ve korse gibi tıbbi bakım materyalleriyle sınırlı kalırken implante edilebilir tekstil yapıları, ameliyatta canlı dokuların fonksiyonlarını desteklemek, düzenlemek veya replasmanı için rutin olarak kullanılır. Dikişler, vasküler greftler, ligament ve tendon protezleri, kalp kapakçıkları ve eklem replasmanları implante edilebilir tekstil yapılarına örnek verilebilir. Biyomalzemelerin tek başına kullanılması bir derece başarı sağlar, ancak implantasyonun başarısız olması, enfeksiyon ve reddedilme gibi sorunlar hala devam etmektedir. Bu sorunu aşmak için canlı hücre eklenerek fonksiyonel tekstil tekniği kullanılmakta ve biyotekstil ürünü artık doku mühendisliği ürünü haline gelmektedir. Biyotekstil olarak da adlandırılan bu yapılar geniş bir aralıkta, ayarlanabilir fiziksel özelliklere sahip çok gözenekli üç boyutlu (3B) iskele yapıları olarak son zamanlarda kullanılmaya başlanmıştır. Bu konuda son 10 yıl içerisinde tendon, kemik, kıkıkırdak ve yara örtüsü mühendisliği alanında yapılan sınırlı sayıda çalışmada rastlanmıştır. Son zamanlarda, bu alanda kullanmak üzere hücre yüklü kompozit canlı liflerin (KCL) geliştirilmesi hız kazanmıştır. Bunun temel sebebi üretilen KCL’ler hem yapısal hem de içeriksel olarak birçok fonksiyonu bir arada gösterebilmesidir. Hücre yüklü KCF’ler yapısal olarak çekirdek-kabuk formunda olup çekirdek kısmı mekanik açıdan rijit olan biyolojik olarak uyumlu ve/veya biyolojik olarak parçalanabilir (biyobozunur) polimerik fibrilden ve yumuşak kabuk kısmı ise ekilmiş canlı hücreleri ve diğer yardımcı maddeleri içeren hidrojelden elde edilir. Çekirdek polimer fibril kısmı birkaç polimerden oluşabileceği gibi kabuk hidrojel kısmı da birkaç hidrojelden meydana gelebilir. Bu çekirdek/kabuk şeklindeki yapılandırma, iç/çekirdek kısmın mukavemetinden yararlanarak lifin kopma riskini ortadan kaldırırken, mekanik olarak daha zayıf özellikte olan dış kısım için bir iskelet sağlar. Kabuk/dış kısmının canlı hücreleri içermesi hem hücrelerin kaybolan dokunun replasmanı için hem de salgıladığı biyoaktif moleküller ile trofik etki yaratarak doku rejenerasyonunun sağlaması açısından önemlidir. Dahası dış/kabuk kısmının hidrojellerden oluşması pek çok avantaj sağlar: Hidrofilik, biyobozunur biyouyumlu yapıda olması, taşıdıkları biyoaktif bileşenleri ve hücreleri enkapsüle etmesi nedeniyle hastanın bağışıklık sisteminden korunabilmesi, hücrelere taşınacak bileşenleri için iyi bir nakil aracı olması ve kolay modifiye edilebilmeleri (Örneğin; vücut sıcaklığında jelleşecek şekilde hazırlanırsa direk sıvı olarak enjekte edilebilmeleri). Tüm bu avantajlar dokuma, sarma, örgü gibi farklı tekstil temelli doku iskelelerinin elde edilmesini kolaylaştırır (Akbari vd., 2014; Liberski vd., 2011). Tekstil malzemeleri, dokuma, dokunmamış ve örme kumaşlar, monofilament ve multifilament iplikler dahil olmak üzere birçok farklı formda üretilebilir. Diğer birçok polimerik malzemenin aksine, tekstiller malzeme yapısı içinde gerekli gözeneklilik, esneklik vr mekanik güçlülük sağlar ve bazı durumlarda nem ve hava geçirgenliği kombinasyonu gerektiren uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayabilirler. Farklı özelliklere sahip çok çeşitli yapı tipleri oluşturma yeteneklerinden dolayı, tekstil malzemeleri doku mühendisliği yapı iskelelerinin üretimi için özellikle çekici bir seçenektir (Alagirusami & Das 2010, s. 452-453). Biyouyumluluğun yanı sıra, iskele tasarımının iki önemli yönü mekanik ve mikroyapısal özelliklerdir: her ikisi de farklı tekstil teknikleri kullanılarak tasarlanabilir (Tao 2001, s. 298). Poliglikolik asit (PGA), ipek ve poli(kaprolakton) (PCL) ile biyomimetik mekanik özelliklere sahip dokuma yapısı ile elde edilen hücre yüklü hidrojeller içine gömülü yapısal takviye ile elde edilen iskeleler kıkırdak doku mühendisliğinde kullanılmıştır (Moutos vd., 2010; Moutos vd., 2007; Han vd., 2014; Tamayol vd., 2013). Ayrıca örgü yapılarını kullanarak özellikle bağ dokusu ve damar mühendisliği için uygun silindir yapısı üç veya daha fazla ipliğin iç içe bükülmesi ile elde edilir. Yapılan bazı çalışmalarda yapay ligamentler, tendon onarımı için iskeleler PLGA ve PLLA gibi sentetik polimerlerden ve pernyi ipek fibroininden örgülü yapılar elde edilmiştir (Cooper vd., 2005; Cooper vd., 2007; Fang vd., 2009). Yapılan in vivo çalışmalarında yaklaşık 16 haftalık bir süre boyunca implante edilen doku iskelesinin başarılı bir şekilde komşu doku ile bütünleşmiş olduğu ve fonksiyonel tendonu meydana getirdiği görülmüştür. Ancak tüm bu tekstil temelli doku iskeleleri ile yapılan çalışmalar tarandığında doku rejenerasyonu veya replasmanı için in vitro analizleri tamamlanıp in vivo veya klinik uygulamalar seviyesine ulaşmamamıştır.

Yanık veya travma nedeniyle derinin bütünlüğünün ve fizyolojik dengesinin bozulmasıyla oluşan “yara” sonucunda sıklıkla önemli enfeksiyonlar ve komplikasyonlar baş gösterir. Yara iyileşmesi, hemostaz ve inflamasyon, proliferasyon ve yeniden modellenme (remodeling) olmak üzere birbirinden farklı üç fazdan oluşmaktadır (Guo ve Dipietro, 2010). Bu fazlar ekstrasellüler matriks (ECM) birikimi, anjiyogenez ve yeniden modellenmenin yanı sıra hücre göçü ve proliferasyonu gibi karmaşık biyolojik/moleküler süreç ve aşamaları içermektedir. Akut cilt yaraları, düzenli ve zamanında bir onarım sürecine girerek iyileşme gösteren bir yara tipidir. Bununla birlikte yaralanma alanı ve/veya derinliğinin hastanın iyileşme potansiyelinden daha baskın olması kronik ya da iyileşmeyen bir yaraya yol açabilir. Böylece iyileşme sürecindeki herhangi bir aksaklık kalıcı enflamasyona neden olup iyileşmeyi geciktirir veya engellemektedir. Bu nedenle ciddi yaralanmalarda, cildin açıkta kalan katmanlarını korumak ve hasar gören kısmın yeniden oluşmasını sağlamak ve iyileşme sürecini hızlandırmak için yara örtüleri kullanılmaktadır (Dixit vd., 2017). Yara örtüleri fonksiyonel olabilecek hücreleri ve malzemeyi barındırmasının yanı sıra, yara iyileşme sürecinde nemli ortam sağlamalı ve iyileşme süreci boyunca korumalıdır. Buna ek olarak, yaradan sızan fazla sıvıyı tutmalı, gaz alışverişine izin vermeli, toksik olmayan biyouyumlu ve alerjik olmayan özellikte malzemelerden oluşmalı, yaraya temas eden kısım rejeneratif özellikte olup yara iyileşmesinin farklı aşamalarında uygun stimülasyon ve büyüme faktörleri sağlayabilmeli, yaraya mekanik destek vermeli, üst katmanı ise mikroorganizmaların büyümesini engellemeli ve örtü değişimi sırasında ağrıya sebep olmamalı, deri analoğu ile yara arasında konformal teması korurken herhangi bir potansiyel rahatsızlığı önleyen uygun mekanik özelliklere sahip olmalıdır. Tüm bu amaçlara ulaşabilmek için iki katlı yara örtü malzemeleri tasarlanmaktadır (Akbari vd., 2016; Vig vd., 2017). Ancak enfeksiyon gelişimi dışında biyomekaniksel sorunlar rutin olarak klinikte kullanılan greftler ve mevcut geliştirilen yara örtülerinin kıvrılma ve bükülme nedeniyle kontur problemi oluşmaktadır (Sharpe, & Martin, 2013). İnsan cildinin greftleme sonrası kontraksiyona uğraması (kasılma), ilave düzeltme cerrahileri gerektiren problemli bir komplikasyondur. Bu hastalarda, yara kontraksiyonu ve skar oluşumu yara iyileşme sürecinin kaçınılmaz bileşenleridir.  Skar dokusu normal ciltten daha az esnek ve kozmetik olarak bozuk bir dokuyken; yara kontraksiyonu, çevre dokuların distorsiyonu sonucu özellikle eklemlere yakın bölgelerde hareketleri kısıtlayarak ciddi morbiditelere yol açabilen bir süreçtir (Billingham & Medawar 1955).

Bu çalışmada antimikrobiyal ve rejeneratif etkili fonksiyonel yara örtüsü geliştirebilmek için saten dokuma tekniği sayesinde iki katmanlı bir yapıiskelesi oluşturulacaktır. Bu yapıiskelesi yara iyileşmesi süreciyle uyumlu olarak endojen yara iyileşme mekanizmalarını harekete geçirecek nitelikte ve süreçle uyumlu biyobozunarak geçici bir yara örtüsü özellikte dizayn edilecektir. Saten dokunacak iki farklı kompozit canlı fibriller ipliklier farklı içeriklerde tasarlanacaktır. Bu fibril ipliklerden üst katmanı oluşturacak mikroorganizma girişine engel olacak şekilde tasarlanacaktır.  Bu da fibrillerin kabuk kısmı içersine enkapsüle edilecek antibiyotik sayesinde gerçekleştirilecektir. Yara bölgesinde çoğunlukla enfeksiyon oluşma riski olduğundan ve yara iyileşmesi enfeksiyon ortamında geciktiğinden antibiyotik içeren yara örtüleri kullanılması tercih edilmektedir. Çalışmanın amacı ise bu fibrillerin kabuk kısımlarının farklı formülasyonlarında hazırlanmasıyla bu enkapsüle edilmiş antibiyotik moleküllerinin kontrollü salınımının değerlendirilmesidir.

Antibiyotiklerin yara örtü malzemeleriyle lokal olarak verilmesi daha az miktarda ilaçla gerekli doza ulaşılmasını sağlamaktadır. Bu yolla sistemik antibiyotik alımında meydana gelen böbrek, karaciğer gibi organlarda oluşan toksisitenin azaltılması ve mikroorganizmalar tarafından direnç oluşması riski azaltılmaktadır.  Literatürde antibiyotik salımı yapan yara örtü malzemelerinde antibiyotik doğrudan örtü malzemesine emdirilmiş olup, ilacın büyük bir bölümü hızlıca salınmaktadır. Bu anlamda daha etkili olması açısından yeterince yüksek bir yerel konsantrasyona ulaşmak ve bunu sürdürmek için antibiyotiklerin doğrudan yüksek dozlarda kullanılması, in vivo olarak yan etkilere ve yara iyileşme sürecinde gerekli anti-mikrobiyal etki süresinin yetersiz kalmasına neden olabilmektedir (Wang vd., 2017). Bu projede, bu yetersizliğin üstesinden gelinmesi ve kontrol edilmesi yeni geliştirilecek olan saten dokuma temelli bir yara örtüsünde hedeflenmektedir.Bu projede, saten dokuma ile tasarlanmış yapıiskelelerinde bu yetersizliğin üstesinden gelinmesi ve kontrol edilmesi hedeflenmektedir. Gentamisin hem gram negatif hem gram pozitif organizmalara karşı etkili geniş spektrumlu birer antibiyotiktir. Yara enfeksiyonlarındaki etkisi bilinen bu antibiyotik bu çalışmada tasarlanan yapı iskelesinin salınım profilinin değerlendirilmesi için model ilaç olarak kullanılacaktır (Grumezescu, V., & Grumezescu, A., 2018).

Rejeneratif özellikte hazırlanacak alt katman mezenkimal kök hücreleri içerecektir. Aynı zamanda daha gözenekli yapıda oluşturularak yaradan sızan fazla sıvıyı tutacak ve yaraya yapışarak mekanik olarak desteklenebilecektir. Mezenkimal kök hücrelerin (MKH) in vitro ortamda, keratinositler gibi diğer deri hücrelerinin migrasyonunu destekleme yeteneğinin yanı sıra (Akino vd., 2005) çoklu büyüme faktörleri, sitokinler, kollajenler ve matriks metalloproteinazların üretimini de içeren doku onarımını destekleyebilecek bir dizi özelliği olduğu bilinmektedir (Fathke vd., 2004; Kim vd., 2005). Bu özelliklerin başında da MKH’lerin sahip olduğu immünfenotipik yapısı gelmektedir. MKH’ler bu sayede allolog aktarımlarda bile bağışıklık yanıtına neden olmaz ya da bu yanıt tolere edilebilmektedir, immünmodülasyon kabiliyetleriyle de olan immmün yanıtı baskılayabilme özelliğindedirler (Machado ve Telles, 2013). MKH'lerin immün hücrelere verdiği tepkiler, mikroçevrede enflamatuar sinyallere bağlıdır. Enflamatör koşullarda bir anti-enflamatuvar fenotipi benimserler, fakat enflamasyon olmadığında pro-enflmatuvar fenotipini korurlar. Bu bağlamda yara iyileşmesi için ideal hücrelerdir. Ayrıca MKH'lerin farklılaşma ve anjiyogenez yoluyla yara iyileşmesini arttırdığı da bildirilmiştir (Wu vd., 2007). Çarpıcı bir bulgu da, MKH'lerin antimikrobiyal aktiviteye sahip olduğunun da gösterilmiş olmasıdır. Bu etki, LL-37 (katelisidinler sınıfından 37 aminoasitlik bir peptid) gibi antimikrobiyal faktörlerin salgılanmasıyla ve aynı zamanda immünomodülatif faktörlerin salgılanmasıyla, immün hücreler tarafından bakteriyel fagositozun teşvik edilmesiyle gerçekleşmektedir (Marfia vd., 2015). Böylece yara örtüsü olarak klinik öncesi veya klinik çalışmalarda kullanıldığında da salgıladıkları anti-enfamatuvar, anti-mikrobiyal çözünür faktörülerle MKH’lerin yara iyleşmesinde etkindirler. Bu nedenle bu çalışmada  kullanılacak antibiyotik sayesinde de enflamatör bir ortam oluşmasını baskılanması da hedeflenerek mezenkimal kök hücrelerin bu olumlu etkilerini gerçekleştirebileceği bir mikroçevre sağlanmış olacaktır (Wu vd., 2007, Machado ve Telles, 2013, Marfia vd., 2015).

Sonuç olarak “kompozit canlı fibrillerin saten dokunmasıyla geliştirilen yapıiskelelerinde rejeneratif özellikte MKH’lerin ve antimikrobiyal (antibiyotik) kontrollü salınımının değerlendirilmesi” amaçlanan bu proje önerisinde; klinikte rutin olarak kullanılan yara örtülerindeki biyomekaniksel eksiklikler (esnek ve mukavemeti yüksek yapı) var olan hücre yüklü kompozit canlı lif (KCL) ve tekstil teknolojilerin ortak çıktısı olan KCL’lerin saten dokunmasıyla aşılması hedeflenmektedir. Bu KCL’lerdeki çekirdek kısmının mukavemetinden yararlanarak iplik kopma riskini ortadan kaldırıp dokuma yoluyla hedef yapının eldesini kolaylaştırırken kabuk kısmı ise hücre dağılımının homojen olmasını sağlayacaktır. Bu proje önerisi dahilinde; enfeksiyon gelişimini engelleyen ve doku yenilenmesini sağlayabilen özellikte geliştirilen yapıiskelesinin hidrojellerin degredasyon süresi ve antibiyotik salınım süresi ile derinin rejenerasyon/ restorasyon süresinin uyumluluğu karakterizasyon çalışmalarıyla in vitro olarak değerlendirilecektir.

Bu projenin özgün değeri şu şekilde özetlendiğinde;

• Bu çalışmada antimikrobiyal ve rejeneratif etkili fonksiyonel yara örtüsü geliştirebilmek için dokuma tiplerinden, saten dokumanın özelliği iki farklı iplik, kumaşın iki farklı yüzeyinde çoğunluk olarak lokalize olmaktadır. Bu da özgün bir yaklaşımla hedeflenen ipliğin hedeflenen yüzeyde kullanabilmesine ve iki ayrı katman oluşturulmasına olanak sağlamaktadır. Dokuma sebebiyle bu iki katman diğer iki katmanlı yara örtülerine göre oldukça stabil olacaktır. Dokuma yapısı daha yüksek esneklik ve daha küçük gözenekler nedeniyle örgü muadillerine göre daha avantajlıdır. Elde edilecek yapı sayesinde hücresel seviyedeki bileşenlerden bağımsız olarak taklit edilen yara örtüsü özellikleri, uygulanacak tekstil tekniğiyle ayarlanacaktır.

• Bu yapıiskelesi yara iyileşmesi süreciyle uyumlu olarak endojen yara iyileşme mekanizmalarını harekete geçirecek nitelikte ve süreçle uyumlu biyobozunarak geçici bir yara örtüsü özellikte dizayn edilecektir. Saten dokunacak iki farklı kompozit canlı fibriller ipliklier farklı içeriklerde tasarlanacaktır. Bu fibril ipliklerden üst katmanı oluşturacak mikroorganizma girişine engel olacak şekilde tasarlanacaktır. 

• Aynı zamanda bu çalışmada ilk kez kullanılacak olan KCL’lerin saten dokumasının bir başka avantajı olan düşük kıvrımlılık nedeniyle yüksek esneklik ve sağlam bir mekanik performans potansiyeli taşımaktadır. Bu projede, yenilikçi tekstil tekniklerinin uygulanması ile geleneksel doku mühendisliğinde yaşanan sorunları giderilmesi hedeflenmektedir:

-Biyouyumluluğun yanı sıra, iskele tasarımının iki önemli yönü mekanik ve mikroyapısal özellikler: her ikisi de saten dokuma tekniğindeki dokuma sıklığının ayarlanabilmesiyle tasarlanacaktır. Bu özellikler mekaniksel testler ile karakterize edilip elde edilen olumlu sonuçlar ile rutin olarak klinikte kullanılan greftler ve mevcut geliştirilen yara örtülerinin halen kıvrılma ve bükülme nedeniyle kontur problemi gibi biyomekaniksel sorunların üstesinden gelebilecek bir yara örtüsü için öncü çalışma oluşturulmuş olacaktır.

-Saten dokuma tekniğiyle rejeneratif özellikte hazırlanacak alt katman mezenkimal kök hücreleri içerecektir. Aynı zamanda daha gözenekli yapıda oluşturularak yaradan sızan fazla sıvıyı tutacak ve yaraya yapışarak mekanik olarak desteklenebilecektir.

• KCL’lerde yavaş bozunan polimerlerin kullanımıyla ekilen hücrelerin yeni ECM sentezlemeleri süreçleri değerlendirilecektir, biyomekanik olarak işlevsel uzun vadeli kontrol edilebilen yapılar sentezlenecektir. Bunun sonucunda, ileride büyüme faktörleri ve ilaç benzeri moleküllerin kolaylıkla kombine edilmesine imkân sağlayacak karmaşık doku ve mimarilerin eldesi gelecekte mümkün hale gelecektir.

• Sonuç olarak literatüre bakıldığı zaman, biyotekstil alanında yayınların ve çalışmaların olduğu görülmektedir. Ancak projemize bütüncül halinde bakıldığı zaman projemizin özgün olduğu hatta ürüne dönüşme potansiyelinin yüksek olduğunu düşünmekteyiz. Şimdiye kadar yapılan hiçbir çalışmada tekstil tekniği projemizdeki gibi irdelenerek; örneğin önerdiğimiz saten tipi dokumanın en büyük avantajı alt ve üst yüzünün farklı ipliklerle domine edilmesine olanak tanımasıdır. Ayrıca kullanılan dokuma tekniği itibari ile alt ve üst tabakalar arasında etkileşime olanak tanınması ve bu aşamada kök hücrenin avantajlarından da faydalanılması hedeflenen biyotekstil-temelli yapının büyük avantajlar sağlayacagi beklenmektedir.