Hemostabil akış döngüsü kullanılarak kardiyovasküler cihaz kaynaklı kan hücresi travmasının incelenmesi

Bu doktora tezinde, kanla temas eden biyomedikal cihazların hemomekanik uyumluluğunu artırmak ve in vitro test koşullarını klinik gerçekliğe yaklaştırmak amacıyla bir dizi deneysel ve biyolojik model geliştirilmiştir. Çalışmalar, hem cihaz kaynaklı kan hasarının azaltılmasına yönelik mühendislik çözümlerini hem de kanın deneysel koşullarda biyolojik bütünlüğünü korumaya yönelik yenilikçi yaklaşımları kapsamaktadır. İlk aşamada, in vitro testlerde yaygın olarak kullanılan konvansiyonel flow-loop sistemlerinin klinik koşulları yansıtmadaki yetersizlikleri dikkate alınarak, beslenme, oksijenasyon ve diyaliz modüllerinin entegre edildiği metabolik olarak sürdürülebilir bir sistem tasarlanmıştır. Bu sistemde insan kanı 12 ve 48 saat süreyle dolaştırılmış; hemoliz (NIH, pfHb, bilirubin, haptoglobin), inflamasyon (IL-8, TNF-α, C3a), koagülasyon (fibrinojen, TAT), trombosit ve endotelyal aktivasyon (β-TG, vWF) ile ferritin gibi biyomarkerler takip edilmiştir. Kontrol devresinde pH düşüşü, laktat artışı ve inflamatuvar/koagülatuvar parametrelerde yükseliş izlenirken, diyalizli devrelerde bu parametrelerin sabit kaldığı veya azaldığı, ayrıca hemolizin %77–81 oranında daha düşük gerçekleştiği tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, kanın biyokimyasal bütünlüğünü koruyabilen uzun süreli test sistemlerinin, cihazların klinik performansını öngörmede daha güvenilir bir platform sağlayabileceğini göstermiştir. İkinci olarak, FDA tarafından önerilen referans pompa ile karşılaştırıldığında kan hasarını yaklaşık %30 oranında azaltan yeni bir santrifüj pompa tasarımı geliştirilmiş ve taze insan kanı ile gerçekleştirilen flow-loop deneylerinde performansı değerlendirilmiştir. Ticari pompalar ile kıyaslamalar sonucunda, FDA referans pompasında tolerans sınırlarını aşan hemoliz ve biyomarker düzeyleri gözlemlenirken, optimize edilmiş tasarımın hemolizi %68 oranında azalttığı ve inflamasyon, koagülasyon ile trombosit aktivasyonu açısından ticari cihazlarla benzer düzeyde performans sergilediği gösterilmiştir. Bu bulgular, cihaz tasarımındaki iyileştirmelerin klinik açıdan anlamlı biyolojik faydalar sağlayabileceğini ortaya koymuştur. Üçüncü bölümde, kanı pasif bir sıvı olarak değil, metabolik olarak aktif ve canlı bir sistem olarak ele alan, organ kültürü yaklaşımına dayalı yeni bir metodoloji sunulmuştur. Standardize edilmiş kardiyovasküler bypass komponentleri kullanılarak oluşturulan akış sisteminde, kan gazı analizleri ve beslenme solüsyonları ile canlılık sağlanmış, oksijenatör ve pompa prototipleri test edilmiştir. Deneyler boyunca eritrosit deformabilitesi, hemoliz indeksleri, enzim aktiviteleri (glutatyon peroksidaz, süperoksit dismutaz, katalaz) ve 2,3-difosfogliserat düzeyleri korunmuş; ayrıca submikron partikül salınımı minimum düzeyde gözlenmiştir. Bu yaklaşım sayesinde kan hasarı deneylerindeki biyolojik varyasyon azalmış ve daha gerçekçi sonuçlara ulaşılmıştır. Son olarak, hematopoietik kök hücrelerden farklılaştırılan eritrositlerde genetik modülasyonların mekanik stres direncini arttırmak için gerekli altyapı çalışmaları araştırılmıştır. Hücrelerin CD235a yüzey belirteci ile farklılaşma mekanizmasına bakılmış, elektroporasyon yöntemiyle floresan işaretli siRNA alımı sistemi doğrulanmış ve kök hücreden farklılaştırılmış kontrol grubu eritrositlerin membran elastikiyetleri mikropipet aspirasyonu ile ölçülmüştür. Bulgular, süspansiyon halindeki hücrelerin daha yüksek farklılaşma oranına sahip olduğunu, ancak zaman ve pasaj sayısı arttıkça bu oranın azaldığını göstermiştir. Ayrıca, genetik düzenlemeler ile eritrosit biyomekaniğinin şekillendirilebileceğinin sistemi hazırlanmış ve bu yolla hem temel biyoloji çalışmalarında hem de kanla temas eden cihazların hemokompatibilite testlerinde kullanılabilecek yeni bir araştırma platformu oluşturulabileceği öngörülmüştür. Genel olarak bu tez, bir yandan kanla temas eden cihazların tasarım optimizasyonlarıyla hemomekanik stabiliteyi geliştirmeyi, diğer yandan da metabolik olarak sürdürülebilir test sistemleri ve genetik olarak modifiye edilmiş hücre modelleri ile kan hasarının azaltılabileceğini hedeflemektedir. Elde edilen sonuçlar, kardiyovasküler cihazların klinik öncesi değerlendirmelerinde yeni standartların geliştirilmesine katkı sağlayarak, hem hasta güvenliğini hem de biyomedikal cihazların etkinliğini artırmaya yönelik önemli bilimsel veriler sunmaktadır.