Mevcut düzende sıkça kullanılan petrol bazlı malzemeler kaynak sınırlılığı ve çevreye verdiği zararlar nedeniyle araştırmacıları alternatif olarak biyomalzeme arayışına yöneltmiştir. Özellikle nişasta, protein ve selüloz gibi doğal kaynaklardan elde edilen bazı polimerler yeni biyomalzemeler geliştirmek için derinlemesine araştırılmıştır. Araştırılan biyomalzemeler arasında keratin bazlı malzemeler biyouyumluluğu, biyobozunurluğu ve mekanik özellikleri ile ön plana çıkmıştır. Hücre proliferasyonu da destekleyen keratin önemli bir biyolojik aktiviteye sahiptir.
Keratin; saç, tırnak, tüy, yün ve boynuz gibi atıklardan elde edilebilen sistein açısından zengin lifli bir proteindir ve hayvancılık endüstrisinin değerli bir yan ürünüdür. Sadece yıllık olarak 10 milyon tondan fazla keratince zengin atık üretilmesine rağmen geri kazanım eksikliği sebebiyle atık yükü oluşturmaktadır. Saç ve tavuk tüyü gibi keratin içerikli atık kaynaklar düşük maliyetli biyomalzemelere dönüştürüldüğünde biyomedikal uygulamalarda potansiyel teşkil etmektedir.
Özellikle doku onarımı, kontrollü ilaç taşıma, 3D biyobaskı, rejeneratif tıp ve doku mühendisliği alanlarında kilit bileşen niteliği taşıyan keratin içerdiği kükürt miktarına göre sert ve yumuşak keratinler olarak sınıflandırılmaktadır. Yüksek miktarda kükürt çapraz bağı içeren sert keratinler kemik greftleri gibi mekanik dayanım gerektiren uygulamalar için uygunken, yumuşak keratinler daha az çapraz bağa sahip olup doku mühendisliğine ve yara iyileşmesi süreçlerinde yapısal destek sağladığı değerlendirilmektedir. Bu sarmallar literatürde alfa heliks ve beta heliks olarak da geçmektedir. Keratinin yapısal hiyerarşisi, koruyucu dış kütikül katmanlarından başlayarak giderek incelen lifli demetlere doğru ilerler ve sonunda malzemenin temelini oluşturan sarmallara ulaşır (Şekil 1).
Wang ve çalışma arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada, konsantre lityum bromür (LiBr) çözeltisi kullanılarak proteinler dolaylı bir mekanizmayla denatüre edilmiş ve elde edilen keratin ek kimyasallara ihtiyaç duyulmadan soğutulduğunda kendiliğinden kararlı ve yüksek derişimli bir jel oluşturmuştur. Ayrıca bu keratin suya batırıldığında hızlıca faz değiştirerek 10 saniye içinde katı hale geçmiştir. Bu keratin jelin katıya dönüşümü, enjeksiyon kalıplama, 3D baskı ve lif eğirme gibi çeşitli üretim yöntemlerinde kullanılabilir ve akıllı biyomalzemelerin doğrudan ve kolay bir şekilde üretilmesini olanak tanır. Ayrıca LiBr doğrudan proteinlerle etkileşime girmek yerine su ağ yapısını bozarak ayrışmayı tetiklediğinden çözelti kapalı bir döngüde geri dönüştürülebilir. Bu yöntem kimyasal atıkları ve karbon emisyonunu önemli ölçüde azaltmaktadır.
Doku mühendisliği alanında ise, Materials & Design dergisinde yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar, çok ilaca dirençli (MDR) bakterilerle enfekte olmuş yaraları tedavi etmek için özel olarak tasarlanmış ilaçsız keratin bazlı kriyojel (KGG) geliştirmişlerdir. Keratin, akasya zamkı ve gliserol kullanılarak üretilen biyomalzeme test edildiğinde hızlı sıvı emilimi ve mükemmel şekil hafızası sağlayan makro gözenekli bir yapıya sahip olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca herhangi bir antibiyotik kullanılmadan çalışmada kullanılan dirençli bakterileri ortadan kaldıran antibakteriyel bir aktivite tespit edilmiştir.
Sonuç olarak, keratin moleküler olarak karmaşık bir yapıya sahip olmasına ve ekstraksiyon sırasında yüksek toksisite riski barındırmasına rağmen gelecek vadeden bir biyomalzeme olarak görülmektedir. Geliştirilen yeni yöntemler, atık keratini üstün performanslı malzemelere dönüştürmek için çevre dostu stratejiler sunmaktadır.
Kaynaklar
- Gupta, S., Sharma, S., & Kapoor, B. (2026). From waste to biomaterial: Valorization of keratin for 3D printing and bioprinting. Materials Science and Engineering B, 325, 119135.
- Rajabi, M., Deng, X., Ratnayake, J., & Gould, M. (2025). Keratin 3D Printing: Sustainable Biomaterials for Regenerative Medicine and Biomanufacturing. Tissue Engineering: Part A.
- Wang, Y., Liu, J., Peters, M. M., Ishii, R., Wang, D., Chowdhury, S., Parker, K. K., & Shakhnovich, E. I. (2025). Entropy-driven denaturation enables sustainable protein regeneration through rapid gel-solid transition. Nature Communications, 16(1), 6907.
- Sun, J., Monreal Santiago, G., Yan, F., Zhou, W., Rudolf, P., Portale, G., & Kamperman, M. (2023). Bioinspired processing of keratin into upcycled fibers through pH-induced coacervation. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 11(5), 1985–1994.
- Shah, S. W. A., Yuan, H., Quan, S., Pan, G., Li, X., Shen, H., Xie, H., & Shao, J. (2025). Self-healing keratin-based cryogel: A pharmaceutical-free, biomaterial for wound healing, antibacterial protection, and regenerative therapeutics. Materials & Design, 256, 114314.
- Feroz, S., Muhammad, N., Ratnayake, J., & Dias, G. (2020). Keratin – Based materials for biomedical applications. Bioactive Materials, 5(3), 496–509.