Yaşam şansı: Yapay kan damarları

Dünya çapında erken ölümün önde gelen nedeni kardiyovasküler hastalıklardır. Tamamen sağlıklı görünen kişilerde bile, organlara normal kan akışını bozan ven ve arter patolojileri fark edilmeden gelişebilir. Bu patolojilerden biri acil tıbbi bakım gerektiren derin trombozdur. Doktorlar, pıhtılarla tıkanmış damarların tedavisinde tercih edilen seçeneğin bu damarların değiştirilmesi olduğunu belirtmektedir.

Yapay damarlar nelerden yapılır?

En iyi değiştirme seçeneği kişinin kendi kan damarlarını kullanmaktır. Ancak, insan vücudunda, tıkanmış damarların yerini almak amacıyla, zarar vermeden çıkarılabilecek tamamen "serbest" damarlar yoktur. En sık hasar gören aortu "onarmak" için cerrahlar, "en gerekli olmayan" bacak altındaki cilt altı venlerini almaya çalışırlar. Ancak yaşla birlikte tüm insan damarları yıpranır, bu nedenle vakaların yaklaşık %20 oranında bu venin kullanılması pratik veya imkansız görünmektedir.

İlk başarısız yapay kan damarı nakli denemesi, 1900 yılı civarında Avusturya'da gerçekleştirilmiştir. Yapay damarların implantasyonuna ilişkin başarılı deneyler 1950'lerin ortalarına tarihlenmektedir. O zamandan beri, yapay kan damarları yaratma teknolojisi muazzam ilerlemeler kaydetti ve hızla gelişmeye devam ediyor.

Yapay kan damarların üretiminde kullanılan ana malzemeler Dacron, poliüretan ve politetrafloroetilendir (ePTFE). Damar oluşturulmasında doğal malzemeler ve farklı malzemelerin karışımları da kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra, dayanıklı bir çerçeve görevi gören bir dış zar ve bu zar içine gömülü canlı insan hücrelerinden (veya aynı hücrelerden) oluşan doku mühendisliği ile üretilmiş vasküler implantların (TEVG, TISI) geliştirilmesine olan ilgi giderek artmaktadır. Zarın malzemeleri olarak, biyobozunur polimerler, doğal materyaller ve farklı malzemelerin kombinasyonları test edilir.

 Şekil 1 yapay damar yaratma teknolojilerinin gelişimini göstermektedir.

Yapay damarların oluşturulmasıyla ilgili sorunlar ve bu süreçte gerekli malzemelerin bulunması, çelişkili taleplerle bağlantılıdır. Damarlar sağlam fakat ince olmalıdır; basınç altında şekil koruyabilmeli, fakat bükülmelere ve çap değişimlerine de uygun olmalıdır; reddedilme reaksiyonuna neden olmamalı ve kan pıhtılarının oluşumunu engellemelidir; canlı bir organizmanın, tüm yabancı maddelere karşı agresif ortamında, özelliklerin kaybı olmadan onlarca yıl hizmet etmeli.

Doğa, mükemmel kan damarlarını yaratana kadar epey bir çaba harcamak zorunda kaldı; bu damarların karmaşık yapısı Şekil 2'de gösterilmiştir.

Tablo 1'de, farklı malzemelerden yapılmış yapay kan damarlarının avantajlarını ve dezavantajlarını göstermektedir.

Tablo 1. Yapay damarlar için malzemelerin avantajları ve dezavantajları

Yapay damar ile ne kadar süre yaşayacağım?

Bir yapay damar implantasyonu önerilen her birey için doğal bir soru, "Bu damar ile ne kadar süre yaşayacağım?" olmaktadır. Ortalama istatistiksel hizmet ömrünün kesin olarak bilindiği arabaların aksine, insanlar için bu süreyi hesaplamak neredeyse imkansızdır çünkü vücudun tepkisi her hasta için benzersizdir. Ayrıca klinikler operasyonlarının başarı oranını açıklamaktan hoşlanmazlar. Yine de, biriken istatistikler, yapay bir damarın insan vücudundaki normal işleyiş süresini tahmin etmeyi mümkün kılar: daha sonra yeni bir implant (kanal) ile değiştirilme olasılığı ile beş yıl veya daha fazla.

Günümüzde damar nakli ameliyatlarında “altın standart” olarak hastanın kendi cilt altı veninin (Saphenous Vein, SV) kullanılması devam etmektedir. Hem koroner arter bypass greftlemesinde (CABG) hem de femoropopliteal bypass greftlemesinde (fem-pop) SV transplantasyonu sırasında hastanın ameliyattan sonraki 10 yılı boyunca kan açıklığının göstergeleri vakaların %50'sinde olumlu olarak değerlendirilmektedir.

Polimer damarlar şu an için daha düşük bir performans sergilemektedir. CABG'de politetrafloroetilen (PTFE) borular, kullanımın ilk yılında yaklaşık %60'lık bir yıllık açıklık sağlarken, SV'de bu oran %95 veya daha fazladır. 2 yıl sonra PTFE konduitlerin açıklığı %32'ye düşerken, SV greftlerinde %90'ın üzerinde açıklık görüldü. Femoropopliteal bypass cerrahisinde sonuçlar, 5 yılda PTFE greftleri için yaklaşık %59'luk bir açıklık oranı gösterdi (SV ile yaklaşık %78'e kıyasla).

Başka seçeneğin olmadığı ve ameliyatın tek bir alternatifinin olduğu, birkaç hafta ya da en iyi durumda birkaç ayla sınırlı olan bir yaşam meselesi olduğunda yapay damarların kullanıldığının farkına varmak gerekir. Bazen bu süre yalnızca birkaç saatle sınırlı olabilir. Ayrıca, yapay damar implantasyonuna olan ihtiyaç çoğunlukla yaşlılarda ortaya çıktığından, yapay damar ile yaşam süresi, genel yaşam süresiyle değil, ameliyat öncesindeki yaşam beklentisiyle karşılaştırılmalıdır. Bu nedenle, çoğu durumda yapay damarların sağladığı yaşam süresinin iki ya da üç katına çıktığından bahsetmek gerekiyor.

Böylelikle, polimerlerden yapılmış yapay damar teknolojileri pratik tıpta uzun zamandır kullanılmakta ancak geliştirilmesi gerekmektedir. Aynı zamanda günümüzün asıl sorunu ince damarların oluşmasıdır. Çapı 6 mm'den küçük olan damarlar yapma girişimleri, yüksek kan pıhtılaşması riski ve duvarların yetersiz esnekliği nedeniyle şu ana kadar başarısız oldu.

Doku mühendisliği - yapay organlara giden yol

Yalnızca insan beyninin korunarak (“ayrı bir bölmede”) tüm organların düzenli olarak “mekanik” ile değiştirilmesi yoluyla ölümsüzlük tablosu bilim kurgu yazarları tarafından anlatılıyor, ancak ne heyecan ne de güven uyandırıyor. Yıpranmış olanların yerine tüm canlı organların sıfırdan büyütülmesi de şüphelidir.

En gerçekçi ve umut verici yaklaşım, polimerlerden yapılmış bir çerçeveye insanın kendi canlı hücreleriyle entegre edilmiş yapay organların oluşturulmasıdır. Bilim adamlarının doku mühendisliğini kullanarak yapay damarlar oluştururken izlediği yol tam olarak budur. Bu teknolojiler üzerindeki çalışmalar 1980'lerde başladı.

Hücreler hastadan toplanır ve in vitro (yapay koşullar altında) çoğaltılır. Ardından, bu hücreler kolajen veya fibrin gibi bir protein malzemesiyle karıştırılır ve gözenekli bir iskelet üzerine ekilir. Bir diğer araştırma yönü, insan vücudu içinde eriyebilen malzemelerden yapılmış bir iskelet tasarlamaktır; bu şekilde hücrelerin zamanla sağlam bir iskelet oluşturması umulmaktadır. Tüm yapı, implantasyona hazırlanması için bir biyoreaktöre yerleştirilmektedir. Bu süreç, ilgili bir resimde gösterilmektedir.

Toshiharu Shinoki'nin bilimsel ekibi, bu tür damarların çocuklarda 25 hasta üzerinde yapılan gözlemler sonucunda 7 yıl boyunca başarılı bir şekilde işlev gördüğüne dair bilgiler yayınlamıştır. Hastaların %40'ının günlük ilaç alımına bile ihtiyaç duymadığı kaydedilmiştir. Bu, kan pıhtılarını önlemek için genellikle uzun süreli tedavi gerektiren sentetik damar greftleri kullanılarak benzer prosedürlerin uygulandığı hasta gruplarına göre önemli ölçüde daha düşüktür.

Tüm umut vericiliğine rağmen, TEVG teknolojisi oldukça maliyetlidir. Damarların oluşturulması uzun zaman alır ve her damar, her hasta için bireysel olarak tasarlanmaktadır. Polimer damarlarda zaten yapıldığı gibi, damarların seri üretimini yapmak mümkün değildir.

Yapay kan damarı pazarının büyüyeceği tahmin ediliyor

Yapılan damar nakil operasyonları açısından tüm türlerde en fazla işlem sayısına sahip ülke ABD’dir; burada 2022 yılında yaklaşık 15 bin operasyon gerçekleştirilmiştir. Yapay damar nakli operasyonunun maliyeti, karmaşıklığa bağlı olarak genellikle 30 ile 100 bin dolar arasında değişmektedir. Yapay damarların üretiminde en yaygın malzeme, politetrafloroetilen (ePTFE) olup, ABD pazarındaki payı yaklaşık %48’dir.

Yapay kan damarları pazarında da bir büyüme beklentisi bulunmaktadır. Inkwood Research'teki analistleri, ABD’de 2032 yılına kadar pazarın yılda yaklaşık %6 büyüyeceğini ve gelirinin 2,4 milyar dolara ulaşacağını hesapladı.

Rusya'da polimer yapay damarların oluşturulması ve kullanılması konusunda da araştırmalar sürüyor. Tomsk Politeknik Üniversitesi, üretimleri için tasarlanmış benzersiz çok kanallı bir elektrospinning sistemi geliştirmiştir. Bu sistem sayesinde, yerli üretim polimer malzemelerinden damarlar üretmek mümkündür. Geliştiricilerin belirttiğine göre, bu damarlar sadece yurtdışı muadillerine göre daha ucuz değil, aynı zamanda doğal kan damarlarının iç yapısını ve hastanın vücudunda nasıl davrandığını daha doğru bir şekilde taklit etmektedir.

Geliştirilen teknoloji, 1 ile 40 mm çapında damarlar üretilmesine olanak tanıyarak sadece büyük ana arterlerin değil, küçük venlerin da değiştirilmesine olanak sağlıyor. Ek olarak, bilim adamları diğer çeşitli implantları da üretmeyi planlıyorlar: yapay safra kanalları, üreterler, gırtlak, trakea.

Rusya, yapay damarlar için gerekli olan tüm temel polimerlerin üretimini yapmaktadır. SIBUR farklı markalarda polietilen, polipropilen, kauçuk, polistiren ve polietilen tereftalat üretmektedir. SIBUR PolyLab Ar-Ge merkezleri ağı, sanayi ve tıptan gelen siparişler için yeni özel sınıf baz polimerler, plastikler, kauçuklar ve organik sentez ürünleri geliştirmek üzere şu anda yaklaşık 80 projeyi uygulamaktadır. Bu nedenle, yakında Rusya'da yerli üretim yapay damarların implantasyonuna yönelik operasyonlar seri bir şekilde yapılma aşamasına gelir.

Sonuç

Yapay kan damarları, ilk kez polimer malzeme teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde üretilebilmiştir ve bu damarlar, on binlerce hastanın hayatını kurtarıyor, hayatlarını 5 ile 10 yıl, hatta bazen daha fazla uzatıyor. Önümüzde hücresel mühendislik ve sentetik malzemelerin birleşiminde heyecan verici gelişmeler var. Ne yazık ki (veya iyi ki?) ölümsüzlük vaat etmiyorlar, ancak yaşam süremizi uzatmak ve daha dolu bir hayat sürme imkânlarımızı artırmak için yeni fırsatlar sunmaktadır.