Genellikle zararlı amaçlarla kullanılan silah kavramı, bilim insanlarının geliştirdiği yeni bir teknolojiyle bambaşka bir anlam kazanıyor. Bir grup Türk ve Koreli bilim insanı, karmaşık kemik kırıklarını tedavi etmeye yardımcı olacak bir 'kemik iyileştirme silahı' geliştirdi. Bu yenilikçi cihaz, oyunlardaki kurgusal iyileştirme silahlarına benzese de, gerçek dünyada iyileştirme silahlarının mümkün olduğuna dair ilk adımlardan birini temsil ediyor.
Anında 3D Baskı Teknolojisi
Özellikle şiddetli ve düzensiz kırıklar veya kemik kanseri tedavisi gibi durumlarda ortaya çıkan karmaşık kemik sorunlarında, kemiğin kendi kendine iyileşmesi mümkün olmuyor. Bu tür durumlarda hasarlı bölgeyi stabilize etmek ve iyileşmeyi sağlamak için en yaygın kullanılan yöntem, titanyum alaşımlarından yapılan metal bazlı greftler ve implantlardır.
Ancak bu tür implantların üretimi hem zor hem de maliyetlidir. Ayrıca hastaya özel tasarımlar yapmak da oldukça güçtür. Sungkyunkwan Üniversitesi'nde biyomedikal mühendislik araştırmacısı olan Jung Seung Lee, kişiye özel implantlar üretmek için 3D baskı teknolojisinin önemli bir yaklaşım olduğunu ancak bunun da zaman ve para gerektirdiğini belirtiyor. Bu nedenle Lee ve ekibi, 3D yazıcılardan daha hızlı ve daha ucuz bir kemik implantı üretme yolu bulmaya karar verdiler.
Sonuç olarak, modifiye edilmiş bir yapıştırıcı tabancası geliştirdiler. Bu cihazın temel fikri, implantı doğrudan ameliyat sırasında hasarlı bölgede oluşturmaktı. Cerrah, kemik iyileştirme silahını kırık kemiğe doğrultacak, tetiği çekecek ve katılaşarak kırığı sabitleyecek bir iskele oluşturacaktı. Lee, cihazın temel olarak piyasada bulunan sıcak yapıştırıcı tabancasının modifiye edilmiş bir versiyonu olduğunu, sıcaklık ayarlarının değiştirildiğini ve uç modülünün ayarlanmasıyla ekstrüde edilen iskelenin çözünürlüğünün kontrol edilebildiğini söyledi.
Cihazın tasarımını yapmak nispeten kolayken, asıl zorluk 'mühimmatı' belirlemekti.
Kemik İyileştiren Mermiler
Sıcak yapıştırıcı tabancaları genellikle eritilip uçtan ekstrüde edilen katı yapıştırıcı çubuklarla çalışır. Kemikleri iyileştirebilecek bir çubuk üretmek ise birkaç nedenden dolayı büyük bir meydan okumaydı. Öncelikle sıcaklık sorunu vardı. Çoğu yapıştırıcı çubuğunun erimesi için 100 santigrat derecenin üzerinde bir sıcaklığa ihtiyaç duyar. Canlı dokuya bu kadar sıcak bir maddeyi uygulamak ciddi hasara yol açabilirdi. İkinci olarak, malzeme katılaştıktan sonra doğal kemiğe yakın mekanik özelliklere sahip olmalıydı. Üçüncü olarak, Lee’nin ekibi iskelenin zamanla parçalanarak yerini yeniden büyüyen kemik dokusuna bırakmasını istiyordu.
Çeşitli aday formülasyonları inceledikten sonra ekip doğru malzemeyi buldu. Lee, temel malzemeler olarak biyolojik olarak uyumlu bir termoplastik olan polikaprolakton ve hidroksiapatit kullandıklarını açıkladı. Polikaprolakton, vücutta birkaç ay içinde parçalanan ve FDA onaylı bir malzeme olduğu için seçildi. Diğer yandan hidroksiapatit, kemik dokusu rejenerasyonunu destekliyor. Lee’nin ekibi, bu iki bileşenin çeşitli oranlarıyla deneyler yaparak tüm gereksinimleri karşılayan formülasyonu nihayet buldu: Bu karışım, nispeten zararsız olan 60 santigrat derecede ekstrüde ediliyor, mekanik olarak sağlamdı, kemiğe iyi yapışıyor ve zamanla parçalanıyordu.
Kemik iyileştirme mermileri hazır olduğunda ekip, tavşanlar üzerinde deneyler yaptı. Kırık uyluk kemikleri, Lee'nin iyileştirme silahıyla tedavi edilen tavşanlar, piyasadaki en yakın alternatif olan kemik çimentosu ile tedavi edilenlere göre daha hızlı iyileşti. Ancak bu iyileştirme silahının insanlarda denenmeden önce hala yapılması gereken çok şey var.
Beceri Gereksinimi ve Gelecek Planları
Tavşanlar üzerindeki deney, iyileştirme silahıyla oluşturulan implantların etrafında yeni kemik dokularının oluştuğunu gösterse de, implant malzemesinin yavaş parçalanması, kemik dokularının tam olarak yeniden oluşmasını engelledi. Lee'nin planladığı bir diğer geliştirme ise formülasyona antibiyotik eklemek. Bu sayede implant, zamanla ilaçları salarak enfeksiyonları önleyebilecek.
Bir de yük taşıma meselesi var. Tavşanlar deney için uygun olsa da, oldukça hafiftirler. Lee, bu teknolojinin insanlar için potansiyelini değerlendirmek amacıyla, büyük hayvan modellerinde uzun vadeli güvenliğini araştırmaları gerektiğini belirtiyor.
Malzeme ile ilgili soruların ötesinde, bu iyileştirme silahını kullanmak için gereken beceri seviyesi de oldukça yüksek görünüyor.
Gelişmiş sıcak yapıştırıcı tabancaları gibi çalışan ekstrüzyon tabanlı 3D yazıcılar, hassas baskı kafası konumlandırması için genellikle kılavuz çubuklar veya raylar kullanır. Bu çubuklar veya raylar hafifçe bükülse bile, baskılarınızın doğruluğu büyük olasılıkla olumsuz etkilenir. El tipi bir cihazla benzer bir hassasiyet elde etmek, yetenekli bir cerrah için bile biraz zor olabilir. Lee, sistemin pratik gerektirdiğini kabul ediyor ve cihazın kafasını hassas bir şekilde konumlandıracak bir kılavuz mekanizması entegre etmeleri gerektiğini, bunun da bir sonraki nesil kemik baskı cihazları olabileceğini ekliyor.
