TÜRKİYE CUMHURİYETİ

MARMARA ÜNİVERSİTESİ

ECZACILIK FAKÜLTESİ

BİYOMATERYALLER VE

BİYOMATERYALLERİN KULLANIM ALANLARI

FARMASÖTİK BİYOTEKNOLOJİ ANABİLİM DALI

BURCU YEŞİLDAĞ

BİTİRME TEZİ

DANIŞMAN : Yrd. Doc. Dr Suna ÖZBAŞ TURAN

İSTANBUL-2014

TEŞEKKÜR

ÖNSÖZ

Öncelikle üniversite 4. Sınıftan itibaren “Biyomateryaller” alanına karşı benim ilgimi açığa çıkaran ve bu konuda desteğini esirgemeyen tez danışman hocam Yrd. Doc.Dr.Suna ÖZBAŞ TURAN Hocam’a, tezi yazma sürecim boyunca bilgisayarına el koymama müsade eden Süleyman USLU’ya, Microsoft Word’ un inceliklerini bana gösteren hatta bu uğurda uykusuz kalan Turgay YORGANCI’ ya, harici diskimi kaybetip paniklediğimde beni sakinleştiren yegane insan olan Faruk ÜNER’ e, bana kütüphanelerini kullanıp e-communicater(sanal iletişim) sistemlerinden yararlanma olanağı sunan Glaxo SmithKline Medikal Departman Ekibi’ ne

En önemlisi de yanında olamayıp onu sık göremesem de bana mesleğimi sevdiren, önceliklerimi her zaman hatırlatmaya yardımcı olan, beni büyüten ve benim için eczacıların en kıymetlisi olan bir tanecik annem Ecz. Nimet Müge ŞENOVA YEŞİLDAĞ’ a sonsuz teşekkürlerimle…

İÇİNDEKİLER

1 SUMMARY ........................................................................................................................... 1

2 ÖZET .................................................................................................................................... 2

3 BİYOMATERYALLERİN SINIFLANDIRILMASI ......................................................................... 6

3.1 DOKU ETKİLEŞİMLERİNE GÖRE .................................................................................... 6

3.1.1 İNERT BİYOMATERYALLER .................................................................................... 7

3.1.2 REZORBE OLABİLEN BİYOMATERYALLER .............................................................. 8

3.1.3 BİYOAKTİF BİYOMATERYALLER ............................................................................. 8

3.2 BİYOLOJİK ÖZELLİKLERİNE GÖRE ................................................................................. 8

3.2.1 BİYOLOJİK OLMAYAN (SENTETİK) BİYOMATERYALLER ........................................ 8

3.2.2 BİYOLOJİK BİYOMATERYALLER ........................................................................... 10

3.3 KİMYASAL ÖZELLİKLERİNE GÖRE ............................................................................... 10

3.3.1 METALLER ........................................................................................................... 11

3.3.1.2 Kobalt içeren alaşımlar: .................................................................................. 11

3.3.2 SERAMİKLER ....................................................................................................... 15

3.3.3 POLİMERLER ....................................................................................................... 22

3.3.4 KOMPOZİTLER .................................................................................................... 31

4 BİYOMATERYALLERİN BİYOAKTİVİTE İLİŞKİLERİ ............................................................... 40

4.1 Morfolojik fiksasyon: ................................................................................................. 41

4.2 Biyolojik fiksasyon:..................................................................................................... 41

4.3 Biyoaktif fiksasyon: .................................................................................................... 41

4.4 Yukarıda sayılan tüm yöntemlerin kombine olarak kullanılması............................... 41

5 BİYOMATERYALLER ve BİYOUYUMLULUK İLİŞKİSİ ............................................................ 41

6 BİYOMATERYALLER ÜZERİNDE YAPILAN BİYOUYUMLULUK TESTLERİ ...................... 42

6.1 Başlangıç testleri ........................................................................................................ 43

6.1.1 In vitro Sitotoksisite Testleri ............................................................................... 43

6.1.2 In Vitro Biyouyumluluk Testlerinin Uygulanmasında karşılaşılan temel problemler ........................................................................................................................ 43

6.2 İkincil Testler .............................................................................................................. 45

6.3 Kullanım Testleri ........................................................................................................ 45

6.3.1 Biyosentez veya Enzimatik Aktivite Testleri ....................................................... 47

6.3.2 Membran Geçirgenliği Testleri ........................................................................... 47

6.3.3 Hücre Sayısı ve Büyüme Testleri ........................................................................ 48

7 YENİ ORGAN GELİŞİMİ ....................................................................................................... 48

8 SONUÇ ............................................................................................................................... 52

1 SUMMARY

A biomaterial is any material, consisting of one or more natural or synthetic non-medicinal substances, which are used for curing, augmenting complete living structure or one of its systems; replacing an original function of a tissue, organ or body. During selection of a restorative material, a dentist can choose only one of the basic materials, or prefer an option which consists of a combination of various materials.

Biomaterials can interact with their environment, when they get into contact with living tissues and physiological fluids. According to Hench, biomaterials can be categorized into three groups in accordance with their interactions with tissues as Inert biomaterials, Resorbable biomaterials and Bioactive Biomaterials. Due to their tissue interactions, bioactivity and antimicrobial features, biomaterials have a diverse range of applications in dentistry and medicine.

Key words: Biomaterials, bioactivity, biocompability

1

2 ÖZET

Vücudun tamamını veya bir sistemini tedavi etmek, ogmente etmek; doku, organ veya vücudun bir fonksiyonunu yerine koymak amacıyla kullanılan ilaç harici doğal veya yapay herhangi bir veya birden fazla maddenin karışmasından oluşan materyallere biyomateryal denir. Diş hekimi, restorasyon seçiminde temel materyallerden sadece birini seçebilir veya çeşitli materyallerin karışımından oluşan bir materyalin kullanımını da tercih edebilir

. Biyomateryaller, canlı doku veya fizyolojik sıvılara temas ettiğinde çevresiyle birtakım etkileşimler gerçekleştirir. Hench'e göre biyomateryaller doku etkileşimlerine göre; İnert biyomateryaller, Rezorbe olabilen biyomateryaller, Biyoaktif biyomateryaller olarak 3’e ayrılırlar. Biyomateryaller; meydana getirdikleri doku etkileşimleri, biyoaktivite ve antimikrobiyal özellikleri nedeniyle tıpta ve diş hekimliğinde geniş bir uygulama alanı bulmuşlardır.

Anahtar Kelimeler: Biyomateryal, biyoaktivite, biyouyumluluk

2

BİYOMATERYALLER VE BİYOMATERYALLERİN KULLANIM

ALANLARI

Yaşayan sisteme implante edilmek ve organ ve dokuların işlevlerini kısmen veya tümden üstlenmek üzere tasarımlanmış materyallere biyomateryal adı verilir, bu materyallerin ; biyolojik yönden uyumlu olması, toksik ve karsinojenik olmaması, kimyasal açıdan inert ve stabil olması, yeterli mekanik kuvvete sahip olması, yoğun bir yaşama uyum gösterebilmesi, uygun ağırlık ve dansitede olması, büyük miktarlarda işlenebilme ve fabrikasyon kolaylığı göstermesi, ekonomik olması istenmektedir.

Çok eski zamanlardan beri insanlar, hasta ya da zarar görmüş dokuları sağlıklı olanlarıyla transplantasyon yoluyla değiştirmeye çalışmışlardır. Önceleri, canlı dokuya yerleştirilmiş her türlü doğal ve yapay materyaller ‘‘biyomateryal’’ olarak isimlendirilmekteydi; ancak bu çok geniş bir tanımdı.

‘‘Sağlıkta Uzlaşma ve Kalkınma Konferansı Ulusal Enstitüleri’’ (The National Institutes of Health Consensus Development Conference)’nin yaptığı bir açıklamada biyomateryaller şu şekilde tanımlanmıştır: ‘‘Vücudun tamamını veya bir sistemini tedavi etmek, ogmente etmek; doku, organ veya vücudun bir fonksiyonunu yerine koymak amacıyla kullanılan ilaç harici doğal veya yapay herhangi bir veya birden fazla maddenin karışmasından oluşan materyallerdir.” denmektedir.

"Greft" terimi canlı dokunun direkt transplantasyonu anlamında kullanılarken, "İmplant" terimi cansız dokuların transplantasyonunda kullanılmaktadır. Organ veya doku grefti uygulamalarında transplante edilen materyaller immünolojik orijinlerine göre şu şekilde sınıflandırılmaktadır: 1. Otojen greftler; aynı canlıdan alınan dokular 2. Allojenik greftler (Allogreftler) veya implantlar; aynı türden fakat genetik olarak alıcıyla hiç bir benzerliği olmayan canlılardan alınan dokular

3

3. İzojen greft veya implantlar (İzogreft ya da Syngenesioplastıc graft); alıcı ile aynı genetik yapıya sahip canlılardan alınan dokular 4. Xenojenik implantlar (Xenogreftler); alıcıdan farklı bir türden olan vericiden alınan dokulardır.

Kemik dokusu, tamir olayında skar dokusu oluşumundan çok, yeniden yapılanma ve yer değiştirme olaylarının rol oynadığı tek dokudur. Kemik grefti uygulamalarında alıcı yatak ve greft materyali kemik oluşumunda birbirine yardımcıdır.Osteogenezisteki artış, yeni kemik oluşumu için matriks sağlanması ve mekanik stabilite araştırmaların odak noktasını oluşturmuştur.

1 Resim 11: Kemik greft örnekleri

1 Reasim 11: Black, J., "Systemic Effects of Biomaterials", Biomaterials, 5,1984,s.11-18

4

Kemik greftlerinin osteogenezisi artırması iki yolla gerçekleşebilir; i. osteoblastları ya da osteoblastlara dönüşebilecek canlı hücreleri koruyarak ii. alıcı dokuyu osteoblastların sayısını artırıcı şekilde indükleyerek. Daha fazla osteoblast elde etmek için greft alırken periostu da beraberinde almak bir süre için popülarite kazanmışsa da bu yöntemle çok az sayıda osteoblast elde edildiği görüldüğünden yöntemden vazgeçilmiştir. Greftin matriks oluşumundaki aktif rolü, yeni kemik yapımı için doku invazyonunu stimüle etme yeteneğini gösterir. Bazı materyaller rezorbe olurken , yeni kemik oluşumunu İndüklemede sınırlı kalırlar. Bu olay seri radyografi arda sıkça izlenebildiği gibi greft büzülmesi şeklinde sonuçlanır. Heterojen greftler ve otojen kortikal greftler çok sıklıkla yer değiştirmeden rezorbsiyona giderler..Greftin alıcı tarafından yabancı bir cisim olarak algılanması, alıcıda grefti yok etme yönünde bir yanıt gelişmesine yol açar. Hücresel düzeyde olan bu yanıtı T lenfositleri geliştirir.

Greftin uygulanmasından hemen sonra ortaya çıkmayan bu yanıt, kemik greftinin normal gelişimini sürdürdüğü izlenimini yaratmaktadır. Bu latent periodun uzunluğu alıcı ile verici arasındaki antijenik özelliklerin benzerliği ile ilgilidir.

Bir allogreftin immün cevap oluşturması ile bölgede artmış direnç şeklinde aylar süren spesifik immün faz oluşur. İlk yaklaşım, immün yanıtın baskılanması, ikinci yaklaşım greftin yapısındaki antijenik özellikleri değiştirerek, alıcının normal immün defansını stimüle edemeyecek şekle getirmek olmuştur.

Biyomateryallerin; fiziksel, kimyasal, mekanik, termal özellikerinin iyi bilinmesi ve doku ile

allerjik, toksik, karsinojenik reaksiyon vermemesi istenir.

Materyallerin işlenmesinde, hastaya uygulanan tedavi şekilleri ile yöntemlerinde, gelişen teknoloji ve yapılan bilimsel araştırmalarla önemli gelişmeler sağlanırken, kullanılan materyallere de daha iyi nasıl olabilir sorusuyla bakılmalı, yeni materyal araştırması yapılırken, mevcut materyallerin nasıl daha dayanıklı, sağlıklı ve biyouyumlu hale getirileceği araştırılmalıdır.

5

2

Tablo 2: İmplantasyon amacıyla kullanılan 4 grup sentetik materyalin uygulanışları

3 BİYOMATERYALLERİN SINIFLANDIRILMASI

3.1 DOKU ETKİLEŞİMLERİNE GÖRE

1. İnert biyomateryaller, 2. Rezorbe olabilen biyomateryaller, 3. Biyoaktif biyomateryaller

2 Tablo 2 : Yianni,J.P., "Making PVC More Biocompatible", Medical Devices Technology,s.20-29,1995.

6

3.1.1 İNERT BİYOMATERYALLER

1969 yılından itibaren titanyumun doku içinde kullanımının uygunluğu birçok araştırma tarafından onaylanmış ve geniş bir klinik kullanım alanına sahip olmuştur. Doku mühendisliğinde ilk yıllarda hedef, kimyasal olarak mümkün olduğunca inert materyaller üretebilmekti, bu amaçla iskelet sisteminin tamirinde kullanılan ilk inert malzemeler metallerdi.

Grafik 1 : Biyomateryallerin dokuyla arasında meydana getirdiği yanıt (A=Biyoaktif cam, B=Cam-Seramik, C=Hidroksiapatit, D=İnert biyomateryal)

İnert materyaller, vücut ortamının yüksek derecede koroziv ortamına uzun süre direnç gösterebilirler ve materyale karşı biyolojik yanıt neredeyse oluşmaz; ancak materyal çevresinde materyale yapışık olmayan bir fibröz kapsül meydana gelir, bu durum materyal-konak doku arasında her zaman bir mesafenin mevcut olduğunu göstermektedir. Bu nedenle bu materyalleri ‘‘inert’’ yerine ‘‘neredeyse inert’’ olarak isimlendirmek daha doğrudur; ancak inert metal implantlar, yüksek dayanıklılık ve korozyon direncine sahip olmasına karşın, dokuyla arayüzündeki kimyasal ve biyolojik bağlantının az olmasından ötürü ‘‘mikro hareketlilik’’ sergileyebilmektedirler.

İnert biyomateryallere örnek olarak çoğu seramik çeşidi, titanyum ve titanyum alaşımları, alumina, karbon, polimer, krom-kobalt ve krom-kobalt-molibden alaşımları gösterilebilir.

7

3.1.2 REZORBE OLABİLEN BİYOMATERYALLER

Bu materyaller geçici dolgu malzemesi olarak dokuları birbirine bağlamak, zayıflamış dokuları geçici olarak güçlendirmek ve bu şekilde dokulara destek olmak amacıyla kullanılmaktadır. Çözünen materyal ile yeni doku oluşum hızı aynı olmalıdır, ayrıca materyalin çözünme ürünleri fizyolojik olarak kabul edilebilmelidir. Rezorbe olabilen biyomateryal olarak ilk kullanılan madde, poliglikolik asit (PGA) idi ve tamamen sentetik olup, sütür malzemesi olarak kullanıldı. Daha sonraları daha fazla hidrofobik polilaktit asit (PLA) içeren PGA polimerleri üzerinde çalışıldı.

3.1.3 BİYOAKTİF BİYOMATERYALLER

Poröz yapıdaki materyaller, yüzey alanının genişliğinden ötürü daha iyi bir biyolojik fiksasyon sağlar; ancak biyouyumluluk ve doku toleransı; yaşlanmış, zarar görmüş ve hastalanmış doku uygulamaları için yeterli değildir. Bu nedenle farklı doku rejenerasyonu ihtiyaçları için yeni biyomateryaller bulunmuştur. Bu materyaller dokuya yerleştirildiği zaman bir seri biyofiziksel ve biyokimyasal tepkime gerçekleştirerek nihayetinde doku ile materyal arayüzünde mekanik olarak güçlü bir bağlantı gerçekleştirirler ve ‘‘biyoaktif materyaller’’ olarak isimlendirilmektedirler. Bu tanım biyoaktif camlar, biyoaktif cam-seramikler, apatit ve vollastonit cam seramikler, kalsiyum fosfat seramikler (sentetik HA’lar), biyoaktif kompozitler ve biyoaktif kaplama materyalleri gibi geniş bir aralıktaki birçok materyali tarif etmektedir.

Bir materyalde meydana gelen ayrılma ya koheziv ya da adeziv olmaktadır. İnert bir materyalde ayrılma, arayüzde gerçekleşirken, biyoaktif materyalde ayrılma doku ile materyal arasında gerçekleşir. Genel olarak, farklı biyoaktif materyallerin biyoaktivitesi, materyal yüzeyinde meydana gelen kimyasal tepkimelere bağlıdır.

Gelecekteki çalışmalar bioaktif cam granüllerinin gerek kaide materyallerine gerekse dolgu materyallerine ilavesi ile olan fiziksel ve biyolojik değişimleri üzerine olacaktır.

3.2 BİYOLOJİK ÖZELLİKLERİNE GÖRE

3.2.1 BİYOLOJİK OLMAYAN (SENTETİK) BİYOMATERYALLER

3.2.1.1 METALLER

8

-Ortapedide kullanılan vida/ sabitleyiciler

-Dental İmplantlar/ amalgamlar

Metallerin sentetik biyomateryal olarak tercih edilmelerinin temel olarak 3 nedeni mevcuttur; Mekanik dayanıklarının yüksek olması, elektriksel iletimlerinin yüksek olması ve termal iletkenliklerinin yüksek olmalarından dolayıdır. Metal olarak insan vücudunda kullanılan ilk biyomateryel “Vanadyum” dur

3.2.1.2 POLİMERLER

-İlaç taşıyıcı sistemler

-Oküler İmplantlar

-Deri Yerine kullanılan Polimer İmplantlar

-Kıkırdak Yerine Kullanılan Polimer İmplantlar

-Dental, Maksillofasiyal ve Ortodontik İmplantlar

Biyomateryallerin büyük bir kısmı karbonlar ve hidrokarbonlar ile birlikte kullanılır. Bu kullanım şeklinin tercih edilme nedeniyse polimerlerin; Elastikiyeti, biyolojik olarak parçalanma ihtimalinin az olmasından kaynaklanır.

3.2.1.3 SERAMİKLER

-Kulak/ Göz İmplantları

- Dental, Maksillofasiyal ve Ortodontik İmplantlar

Seramik biyomateryallerin ortaya çıkmasının temel nedeni; Katı biyomatryellerin ve bunların non-metalik, inorganik bileşenlerinin vücuda zarar vermeyen bir forma dönüştürülerek kullanılmak istenme ihtiyacından doğarak ortaya çıkmıştır.

3.2.1.4 KOMPOZİTLER

9

-Kulak/ Göz İmplantları

- Dental, Maksillofasiyal ve Ortodontik İmplantlar

Kompozitler, Metallerin toksik immunojenik özelliklerinin ortadan kaldırılarak vücutta kullanılmasının arttırılmak istenmesinden doğarak ortaya çıkmışlardır.

3.2.2 BİYOLOJİK BİYOMATERYALLER -Doğadan Alınarak Kullanılan(bitkilerden)

-Doğal olarak kullanılan(hücre, doku…)

DOĞAL BİYOLOJİK HİBRİD

-Mercan -Kök Hücreden alınmış/Hedef Dokudan türetlimiş YA DA

-Jelatin -Kök Hücreden alınmış/Resorbe olabilen kollajen SEMİ-SENTETİK

Kökenli medikal implantlar -Sentetik ve Biy-

-Kök hücreden alınmış/Organın rejenerasyonuyla olojik bileşenler

Çoğalan hücreler kullanılarak yapılan den

3.3 KİMYASAL ÖZELLİKLERİNE GÖRE

1- Polimerler 4- Doğal Maddeler

2- Metaller 5- Kompozitler

3- Seramikle

r

10

3.3.1 METALLER Stabilitesi yüksektir ve sterlizasyonu kolaydır,ancak biyolojik ortamda paslanabilmektedirler:

3.3.1.1 Çelik:

İki türü bulunuyor. Demir, karbon ve eser miktarda fosfor, silisyum ve mangandanoluşan çelik, karbon çeliği olarak adlandırılır.%1‘den daha düşük karbon içeriğine sahip ve diğer metaller ve ametalleri de içerecek şekilde hazırlanan çelikse alaşım çeliği. Bu gruptaki çelikler, karbon çeliğine göre daha pahalılar ve işlenmeleri de daha zordur. Ancak, korozyon ve ısıya dirençleri çok daha yüksek. Alaşım çelikleri, alüminyum, krom, kobalt, bakır, kurşun, mangan, molibden, nikel, fosfor, silisyum, kükürt, titanyum, tungsten ve vanadyum içerebilirler.

Alüminyum, aşınmaya karşı direnci arttırırken, yüksek miktarlarda eklenen krom, korozyon direncini ve ısı direnci artırır. Bu tür çelikler, “paslanmaz çelik” olarak adlandırılır. Biyomalzeme olarak yaygın kullanılan paslanmaz çelik 316L olarak bilinir. (11)

3.3.1.2 Kobalt içeren alaşımlar:

Bunlar kobaltkromalaşımlarıdır. Temel olarak kobalt-krommolibden alaşımı ve kobalt-nikel-krom-molibden alaşımı olmak üzere iki tür alaşımdan söz edilir. Kobalt-krom-molibden alaşımı uzun yıllardan beri dişçilikte ve son zamanlarda yapay eklemlerin üretiminde kullanılmakta. Kobalt-nikelkrom-molibden alaşımıysa daha yeni bir malzeme. Fazla yük altındaki eklemlerde (diz ve kalça gibi) ve protezlerde kullanılmakta. Bu tür alaşımların bileşimleri, temel olarak ağırlıkça %65 kobalt ve geri kalanı kromdan oluşluyor.(11)

11

3 4 Resim 1 : Kemik kalça protezi Resim 2: Metalik diş implantları

3.3.1.3 Titanyum ve titanyum içeren alaşımlar:

Titanyumun biyomalzeme üretiminde kullanımı 1930’lu yılların sonlarına doğru görülmeye başlanıyor. Titanyum, 316 paslanmaz çelik, ve kobalt alaşımlarına göre daha hafif bir malzeme. Titanyum, yüksek sıcaklıklarda çok reaktif ve oksijen varlığında patlamaya hazır bir element. Bundan dolayı, yüksek sıcaklık uygulamalarında inert bir atmosfere gerek duyulur ya da vakumda eritilir. Oksijenin bulunduğu ortamda, oksijen metal içerisine geçer ve metali kırılganlaştırır.(4)

3.3.1.4 Dental Amalgam: Amalgam, bileşenlerinden biri civa olan alaşıma denir. Civa, oda sıcaklığında sıvı fazda olur ve gümüş, kalay gibi diğer metallerle reaksiyona girebilir. Böyle bir reaksiyon sonucu, bir oyuk içine doldurulabilecek plastik bir kütle elde edilir. Bu özelliğinden dolayı amalgam, diş dolgu maddesi olarak kullanılır.

3 Resim 3: Edgerton M, Levine MJ. Biocompatibility: its future in prosthodontic research. J Prosthet Dent 69: 406-415, 1993. 4 Resim 2 : Hornez JC, LefevreA, Joly D, Hildebrand HF. Multiple parameter cytotoxicity index on dental alloys and pure metals. Biomol Eng 19: 103-117, 2002.

12

5 6 Resim 3:Dental amalgam Resim 4: Nikel-titanyum alaşımı kullanılarak yapılmış bir yapay eklem modeli

3.3.1.5 Altın: Altın ve altın alaşımları kararlılık, korozyon direnci ve uzun ömürlü oluşlarından dolayı diş tedavisi açısından yararlı metaller. Altın alaşımları, saf altına göre daha iyi mekanik özelliklere sahip olduklarından, dökme işlemine tabi tutulurlar. Bu alaşımların %75 veya daha fazlası altın, geri kalan kısmıysa soy metallerden oluşur. Bakır dayanımı artırır. Platin de aynı etkiyi gösterir, ancak %4‘ten fazla eklenirse, alaşımın erime sıcaklığı artarak işlenmesi zorlaşır. Az miktarda çinko ilavesiyle, erime sıcaklığı düşürülür. %83’ten fazla altın içeren yumuşak alaşımlar fazla yük altında kalmayacak şekilde dolgu malzemesi olarak kullanılır. Daha az altın içeren alaşımlarsa daha serttirler ve yüke karşı dayanımları daha yüksektir. Bu nedenle kaplama malzemesi olarak kullanılırlar.(3)

3.3.1.6 Nikel-titanyum alaşımları: Bu alaşımlar, ısıtıldıklarında bozulan ilk şekillerine dönebilme özelliğine sahiptirler. Bu özellik, “şekil hafıza etkisi” olarak adlandırılır. Şekil hafıza etkisinin gerekli olduğu bazı biyomalzeme uygulamaları; diş köprüleri, kafatası içerisindeki damar bağlantıları, yapay kalp için kaslar ve ortopedik protezler olarak sıralanabilir.(7)

5 Resim 3: Stanford JW. Recommended standard practices for cytotoxicity testing. FDI World Dental Federation in conjunction with International Standards Organization. Dental J 30: 141-173, 1980. 6 Resim 4: Yamaguchi,K., Anderson,J.M., "In vivo Biocompatibility Studies of Medisorb 65/35 D,L

13

3.3.1.7 Diğer Metaller: Tantal, mekanik dayanımın zayıflığından ve yüksek yoğunluğundan dolayı yaygın kullanıma sahip olmayan bir madde. En önemli uygulaması, plastik cerrahisinde ameliyat ipliği olarak kullanımı. Platin ve gruptaki soy metaller yüksek korozyon direncine sahipler, fakat mekanik özellikleri zayıf. Bu metaller, kalpte atınımların başlaması nı uyaran otonom merkezde elektrot olarak kullanılırlar. (9)

7 Resim 5: Tantal ın kardiyomiyoblastik olarak enjeksiyon yoluyla uygulanması

Ortopedik cerrahi sonrasında metalik biyomateryal kullanımına bağlı en yıkıcı komplikasyonlardan biri artmış serum metal düzeyleri ve metallozisdir. Metallozis periprostetik kemik ve yumuşak dokuya metalik aşınma debrislerinin infiltrasyonu olarak

7 Resim 5 : Hensten-Pettersen A. Comparison of the methods available for assessing cytotoxicity. Int Endod J 21: 89-99, 1988.

14

tanımlanır.(11) Buna bağlı oluşabilecek sistemik ve lokal olumsuzluklar hayati önem taşımaktadır. Metallozisin kesin insidansı kliniğin ve radyolojik bulguların farklılıklar göstermesine bağlı tam net olarak bilinmemektedir.(11,12) Artmış serum metal düzeyleri ve metallozisin nedeni metalurjik yetersizlik, üretim ve sterilizasyon yöntemleri, implantların yerleştirilme şekli, hatalı dizilim, implantla kemik arasındaki sıkışma, modüler protezlerde prostetik parçalar arasındaki sürtünme, metalik implant ile kemik ya da çimento arasındaki mikrohareketler, üçüncü cisim aşınması, artmış fizikselaktivite olabilir.(13)

8 Resim 17: Metallozis oluşmuş bir dokunun mikroskop görüntüsü

3.3.2 SERAMİKLER Doğal maddelerin ve kompozitlerin biyouyumluluğu çok yüksektir, fakat işlenmeleri ve şekillendirilmeleri zordur. Seramikler, dişçilikte dolgu malzemesi,altın-porselen kaplama ve protez parçaları olarak yaygın bir biçimde kullanılmaktadır.Biyoseramikler, diş tedavisi dışında da sert doku implantı olarak kullanılıyorlar.

8 Resim 17: Freshney RI.Animal Cell Culture:APracticalApproach. Oxford University Press, New York, 1992, 17-168

15

Biyoseramikler, “biyoinert” ve “biyoaktif” olmak üzere iki grupta incelenebilir.Biyoaktif seramik, doku ve implant arasında kimyasal bağ oluşumuna izin veren seramiktir.(20) Yapısal işlevlerinden göre seramiklerin 3 türünden söz edilebilir:

3.3.2.1 Oksit Seramikleri: Bunlar inert yapıda olan ve oksijen iyonlarının oluşturduğu düzlemde metal iyonlarının dağılmasıyla oluşan polikristalin seramiklerdir. İki önemli türü mevcuttur. Alümina (Al2O3) ve zirkonya (ZrO2) .

3.3.2.2 Alümina: Yüksek yoğunluk ve yüksek saflığa (>%99.5) sahip alümina, korozyon direnci, yüksek dayanımı ve iyi biyouyumlu özelliğinden dolayı kalça protezlerinde ve diş implantlarında yaygın kullanıma sahiptir. Bu uygulamalarda kullanılan, alüminanın çoğu iyi tane yapısına sahip, polikristalin alfa-Al2O3’ün 1600-1700°C’de preslenmesi ve sinterlenmesi sonucu elde edilir. Alümina, 20 yılı aşkın süredir ortopedik uygulamalarda kullanılmaktadır.(16)

3.3.2.3 Zirkonya:

Zirkonya da, alümina gibi bulunduğu fiziksel ortam üzerinde inert etki gösterir. Alüminanın seramiklere göre avantajı, çok daha yüksek çatlama ve bükülme direncine sahip olması. Zirkonya, uyluk kemiği protezlerinde başarıyla kullanılmakta. Ancak uygulamalarında üç önemli problemle karşılaşılıyor. 1)Fizyolojik sıvılar nedeniyle zamanla gerilme direncinin azalması, 2)Kaplama özelliklerinin zayıf oluşu, 3)Potansiyel radyoaktif malzemeler İçermesi.

16

3.3.2.4 Kalsiyum-fosfat seramikleri: Bu malzemeler, ortopedik kaplamalar ve diş implantlarında, yüz kemiklerinde, kulak kemiklerinde, kalça ve diz protezlerinde “kemik tozu” olarak kullanılıyorlar. Kalsiyum fosfat seramiklerin sinterlenmesi genellikle 1000-1500°C’de gerçekleşir ve bunu istenilen şekle sıkıştırılması izler. Tüm kalsiyum fosfat seramikleri değişen hızlarda biyolojik olarak bozunurlar.(8)

9 Resim 6: Kalsiyum fosfat seramiklerinin biyomateryal olarak kullanım basamakları

9 Resim 6: Korzeniewski C, Callewaert DM. An enzyme-release assay for natural cytotoxicity. J Immun Meth 64: 313-320, 1983.

17

10

Resim 7: Diş İmplantı

3.3.2.5 Biyoseramikler İskeletteki sert bağ dokusunun tamiri veya yenilenmesinde kullanılırlar. Bu

malzemelere olan gereksinim, özellikle ilerleyen yaşa bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Yaşlılarda kemikler çok kırılgan olur; çünkü kemik yoğunluğu ve dayanımı 30 yaşından itibaren azalır. Bu azalma kadınlarda çok daha ciddi boyutlarda. Çünkü menapoza bağlı olarak vücutta hormonal değişimler olmakta. Bunun sonucunda kemik üreten hücreler, yani osteoblastların yeni kemik üretiminde ve kemikte oluşan mikro çatlaklaron kapanmasındaki üretkenliği azalmaktadır.

Biyoseramiklerin kullanımını sınırlayan nedenlerin en önemlileri, bazı klinik

uygulamalardaki yavaş ilerleyen çatlaklar, yorulma ve değişik darbe ve basınçlara dayanımlarının tam olarak bilinememesi. Bu olumsuzlukları önlemek için kullanılan iki yeni yaklaşımdan birisi, biyoaktif kompozitler, diğeriyse biyoaktif seramiklerle yapılan kaplamalar.(23)

3.3.2.5.1 Biyoseramiklerin dokularla etkileşimi

10 Resim 7: Tyas MJ. A method for the in vitro toxicity testing of dental restorative materials. J Dent Res 56: 1285-1290, 1977.

18

11 Canlı dokuya yerleştirilen tüm malzemeler, bu dokudan tepki alırlar. Bu tepki doku-implant ara yüzeyinde oluşur ve Tablo 3’de sıralanan çeşitli faktörlere bağlı olur. Bu faktörlere bağlı olarak implant malzemeye olan doku cevabının dört türünden bahsedilebilir: * Malzeme toksikse, çevresindeki doku ölür. * Malzeme toksik değil ve biyoinertse, değişik kalınlıklarda fibroz doku oluşumu gerçekleşir.

* Malzeme toksik değil ve biyoaktifse, doku-implant arayüzeyinde bağlanma gerçekleşir. * Malzeme toksik değil, fakat çözünür yapıdaysa,çevresindeki doku, implantın yerini alır. Biyoseramiklerin türüne bağlı olarak gözlenen doku cevapları farklı olur. Ayrıca Tablo 3’de yer alan diğer faktörlerin de bu cevaplardaki etkisi unutulmamalı. Seramik implantların en ilgi çekici özelliklerinden biri, doku için zehir etkisi oluşturmamaları. Dokuların çok karşılaşılan bir tepkisi de, dokunun implant çevresinde ipliksi bir kapsül üretmesi. Bu ipliksi doku, organizma tarafından implanta karşı bir duvar örmek için veya implantı izole etmek için üretilir. Kısacası, bir çeşit korunma mekanizmasıdır ve implant, zamanla ipliksi doku ile tamamen kaplanarak doku yüzeyinden uzaklaştırılır. Metaller ve çok sayıda polimer, bu çeşit bir tepkiye neden olurlar. Alümina ve zirkonya gibi hemen hemen inert sayılabilecek seramikler de, ara yüzeyde ipliksi doku oluşumuna neden olurlar. Ancak, optimum koşullarda bu doku son derece incedir. Kimyasal reaktifliği çok yüksek olan metal implantlardaysa daha kalın ara yüzey tabakaları oluşur. Ara yüzeydeki uyumluluk ve hareketlilik de tabakanın kalınlığını büyük ölçüde etkiler. Üçüncü bir doku tepkisiyse, implantla doku arasındaki ara yüzeyde bağlanmanın gerçekleşmesidir. Bu yüzey, “biyoaktif yüzey” olarak adlandırılır. Bağlanma, implantla doku arasındaki hareketliliği engeller, ayrıca implantın vücut tarafından dışlanması da engellenmiş olur. Dördüncü tür etkileşimdeyse, implant malzeme, onarım işlemi tamamlandığında çözünür ve kendisini çevreleyen doku tarafından emilerek yok edilir. Bu nedenle emilebilir (rezorbe edilebilir) cinste biyomateryal kullanıldığında, bu malzemenin vücut sıvılarınca kimyasal açıdan parçalanabilir yapıda olmasına dikkat edilmeli. Bozunma ürünleri de zehirli olmamalı ve hücrelere zarar vermeden dokudan uzaklaştırılmalı.

11 Tablo 3: Ikada, Y., "Surface Modification of Polymers for Medical Applications" , Biomaterials ,15 (10),

Tablo 3 : İmplant-doku arayüz ilişkisini etkileyen faktörler

19

12 Tablo 4: Biyoseramiklerin doku cevabına göre sınıflandırılması

Tablo 4’de biyoseramik türüne bağlı olarak gözlenen doku cevapları özetlenmiş bulunuyor. Alümina ve zirkonya, çok iyi mekanik uygunluk sağlayacak şekilde dokuya yerleştirildiklerinde (morfolojik sabitleme) ara yüzeyde hareket oluşmayacağından, klinik açıdan başarılı olacaklardır.Ancak, bu tür implantlar ara yüzeyde hareket olacak şekilde yerleştirildiklerinde, fibroz kapsül birkaç yüz mikrometre kalınlığa ulaşabilir ve implant çok çabuk gevşer. Bu yüzden klinik açıdan başarısızlıkla sonuçlanır.(19) Gözenekli implant durumunda, dokunun canlı ve sağlıklı kalabilmesi için gözenekler 100-150 mikrometre çapa sahip olmalılar. Bu tür büyük gözenek boyutu, implanttaki kılcal boşlukların içerisinde büyüyen dokulara kan sağlanabilmesi için gerekli. İmplant ve doku ararsındaki üremeye bağlı olarak artan ara yüzey alanı, implantın hareketine karşı artan bir direnç oluşturur. Ara yüzey, gözeneklerde büyüyen doku ile belirlendiğinden, bu tür etkileşim, “biyolojik sabitleme” olarak adlandırılır. İmplant olarak gözenekli metal kullanıldığında, büyük ara yüzey alanı doku içerisinde metal iyon kaybına ve metal implantın korozyonuna neden olabilmekte ve bu da tıbbi açıdan sorunlara yol açmakta. Ancak, yüksek gözeneklilik her tür malzemenin dayanımını düşürür. Sonuç olarak, metal alaşımlar üzerine gözenekli seramik kaplamalar ve dokulardaki boşlukları doldurucu malzemelerin kullanılması, ara yüzey kararlılığını sağlamak için en uygun yaklaşımdır. Emilebilen implantlar, belli bir kullanım periyodunda dereceli olarak bozunacak şekilde tasarlanmışlardır ve sonuçta yerlerini ev sahibi dokuya bırakırlar. Bu durumda ara yüzey kalınlığı ya çok incedir, ya da hiç olmaz. Ara yüzey kararlılığına bağlı problemlerin çözümü açısından, emilebilen implant kullanımı uygun gözükmektedir. Emilebilen seramik implantların geliştirilmesinde dikkat edilecek noktalarsa şöyle sıralanabilir:

12 Tablo 4: Ikada, Y., "Surface Modification of Polymers for Medical Applications" , Biomaterials ,

20

1) Bozunma süresince ara yüzey kararlılığı ve dayanımı korunmalı.

2) Doku türüne, yaşına ve sağlık durumuna bağlı olan doku yenileme hızı, emilme hızına uygun olmalı.

3) Malzeme, yalnızca metabolik olarak kabul edilebilecek maddeleri içermeli. Aksi halde kronik iltihaplanma olur ve ağrı başlar.

Trikalsiyum fosfat (TCP) seramikleri, gözenekli ve emilebilen malzemelerdir. Çene

veya baş ile ilgili düşük mekanik dayanımın gerektiği uygulamalarda sert dokunun yerini alırlar. Emilebilen biyoaktif camlar da, kemiklerin yeniden üretilmesinde giderek artan bir biçimde kullanılmaktadır.

13 Resim 8: Skaffold olarak kullanılan TCP çeşitlerinin zamana göre biyouyumlulukları

13 Resim 8: Hornez JC, LefevreA, Joly D, Hildebrand HF. Multiple parameter cytotoxicity index on dental alloys and pure metals. Biomol Eng 19: 103-117, 2002.

21

3.3.3 POLİMERLER

Polimer, küçük, tekrarlanabilir birimlerin oluşturduğu uzun-zincirli moleküllere denir. Tekrarlanan birimler, “mer” olarak adlandırılır. Senteze başlarken kullanılan küçük molekül ağırlıklı birimlereyse “monomer” adı verilir.

3.3.3.1 SENTETİK POLİMERLER

Polipropilen (PP), PE’e benzer, ancak daha sert olur. Kimyasal direnci yüksek ve çekme dayanımı iyidir. PE’nin yer aldığı uygulamalarda PP de kullanılabilir. Politetrafloroetilen (PTFE), Teflon ticari adıyla bilinir. PE benzeri yapıda olup, PE’deki hidrojenlerin, flor atomlarıyla yer değifltirmesi sonucu sentezlenir. PTFE, hem ısısal, hem de kimyasal açıdan çok kararlıancak, işlenmesi zor bir polimer. Çok hidrofobik (sudan çekinir) ve mükemmel kayganlığa sahip olma özelliği taşır. Gore-Tex olarak bilinen hidrofobik formu, damar protezlerinde kullanılır. Polivinilklorür (PVC), tıbbi uygulamalarda tüp formunda kullanılır. Bu uygulamalar, kan nakli, diyaliz (kanın makineyle süzülmesi) ve beslenme amaçlı olabilir. PVC, sert ve kırılgan bir malzeme olmasına karşın, plastikleştirici ilavesiyle yumuşak ve esnek hale getirilebilir. PVC, uzun-dönem uygulamalarda, plastikleştiricinin yapıdan sızması nedeniyle problemlere yol açar. Plastikleştiriciler düşük zehirliliğe sahiptir. Yapıdan sızmalarıysa, PVC’nin esnekliğini azaltır. Polidimetilsiloksan (PDMS) yaygın olarak kullanılan bir diğer polimer, karbon ana zinciri yerine silisyum-oksijen ana zincirine sahiptir. Özelliğiyse, diğer kauçuklara nazaran sıcaklığa daha az bağımlı olması. PDMS, drenaj borularında ve kateterlerde, bazı damar protezlerinde ve yüksek oksijen geçirgenliği nedeniyle membran oksijenatörlerde (solunum cihazları) kullanılır. Mükemmel esneklik ve kararlılığından dolayıysa parmak eklemleri, kan damarları, kalp kapakçıkları, göğüs implantları, dış kulak, çene ve burun implantları gibi çok sayıda protezde kullanılır. Bisfenol A ve fosgenin polimerizasyonu sonucu sert bir malzeme olan polikarbonat sentezlenir. Yüksek çarpma dayanımı nedeniyle gözlük camlarında ve emniyet camlarında, oksijenatörler ve kalp-akciğer makinelerinde kullanılırlar. Naylon (nylon), Du Pont tarafından poliamid ailesine verilen isim. Naylonlar, diaminlerin, dibazik asitlerle reaksiyonu sonucu oluşurlar, ya da laktomların halka açılması polimerizasyonuyla hazırlanırlar.

22

14 Resim 20: PLGA (Poliglikolik asit) in eklemlerde kullanımı

Naylonlar ameliyat ipliği olarak kullanılır. Poliüretanlar, “yumuşak” ve “sert” segmentlerden oluşan blok kopolimerlere denir. Kanla uyuşabilirlikleri çok iyi olduğundan. özellikle kalp-damar uygulamalarında tercih edilirler. Hidrojeller, suda şişebilen, çapraz-bağlı polimerik yapılara denir. Bir ya da daha çok sayıda monomerin polimerizasyon reaksiyonu ile hazırlanırlar. Ana zincirler arasında hidrojen bağları veya van der Waals etkileşimleri gibi bağlanmalar mevcuttur. Bu nedenle çözünmezdirler. Hidrojeller, tıbbi uygulamalar açısından sahip oldukları üstün özellikler nedeniyle son 30 yıldır ilgi odağı durumundalar. Hidrojellerin ilk uygulaması, kontakt lensler olarak ortaya çıkar. Mekanik kararlılıklarının iyi oluşu, yüksek oksijen geçirgenliği ve uygun kırınım indisine sahip oluşları, kontakt lenslerde kullanılmalarının temel nedenidir. Hidrojellerin ileri uygulamalarından biri de yapay kasların geliştirilmesidir.Elektrokimyasal uyarıları mekanik işe çeviren akıllı hidrojeller, insan kas dokusu işlevi görebilir. Bu özellikten yararlanarak yapay kaslar yapılmakta. Fizikokimyasal uyarılara karşı tersinir büzülme ve genişleme kabiliyeti olan polimerik jeller, ileri robotiklerin geliştirilmesinde gereklidir.(3)

14 Resim 20: Hornez JC, LefevreA, Joly D, Hildebrand HF. Multiple parameter cytotoxicity index on dental alloys and pure metals. Biomol Eng 19: 103-117, 2002.

23

15

Şekil 11: Hidrojellerin kemik içine uygulanma aşamaları

Hidrojellerin diğer uygulamaları; yapay tendon materyalleri, yara-iyileşmesinde biyoyapışkanmadde, yapay böbrek zarları, yapay deri, estetik cerrahide malzeme olarak kullanımları şeklinde sıralanabilir.

15 Şekil 11: Khattak SF, Spatara M, Roberts L, Roberts SC. Application of colorimetric assays to assess viability, growth and metabolism of hydrogel-encapsulated cells. Biotechnol Lett 28: 1361-1370, 2006.

24

Tablo 1: Bazı polimerler üzerine implantasyonun etkisi

16 Resim 9: Hidrojelin yapısı

16 Resim 9: Khattak SF, Spatara M, Roberts L, Roberts SC. Application of colorimetric assays to assess viability, growth and metabolism of hydrogel-encapsulated cells. Biotechnol Lett 28: 1361-1370, 2006.

25

3.3.3.2 DOĞAL POLİMERLER

Doğal polimerlerle ilgili olarak öncelikle çözüme kavuşturulması gereken sorun yeni ürünlerin sentezlenmesinin araştırılması. Öte yandan, doğal polimerler nanoteknolojide ve biyomimetik (doğayı taklit eden) malzemelerin sentezlenmesinde anahtar rolü oynamakta ve lipid tübüller (yağ borucukları) ve protein lateksler gibi biyopolimerik yapıların geliştirilmesi, doğal polimerlerle ilgili pazar şansını önemli oranda yükseltmekte. Doğal polimerler özellikle spesifik uygulamalarda ihtiyaç duyulan boşlukları doldurmakta, ancak bazı sentetik polimerlerin çok ucuza üretilebilme şansı doğal polimerlerin kullanımını etkilemekte. Fermentasyon ve saşaştırma teknolojilerinde elde edilen gelişmeler ve ucuz do- ğal hammaddelerin sağlanması sonucu, petrol bazlı sentetik polimerlerin yerine doğal polimerlerlerin kullanımı olanaklı duruma gelecek. Doğal polimerler, biyomalzeme alanının vazgeçilmez kaynakları. Biyolojik ortamdaki makromoleküllerin benzeri veya aynısı olduklarından, canlı vücuduyla temas ettiklerinde zehir etkisi, iltihaplanma gibi istenmeyen reaksiyonlar vermezler. (5,7) Avantajları;

* kullanıma uygun olarak değişik formlarda kolaylıkla hazırlanabilirler,

* metallerle karşılaştırıldığında, vücut içinde paslanmazlar (ancak bu parçalanmazlar anlamında

değildir),

* doğal dokulara çok büyük benzerlik gösterdiklerinden dolayı, heparin gibi maddelerle

bağlanabilmeleri mümkündür

* adheziv özellikte polimerlerin kullanımı organlara dikiş atılmadan uygulanabilmelerini sağlar

* dansiteleri doğal dokuların dansitesine çok yakındır.

Dezavantajları;

- elastiklik ve viskoelastiklik özellikleri polimerlerin yaygın kullanımını zorlaştırır,

- polimerizasyonun doğası nedeniyle polimerlerin vücutta parçalanabilmeleri söz konusudur,

26

- antioksidan, renk giderici, plastizer gibi katkı maddelerini içermeyen saf, medikal amaçlı polimer

bulabilmek zordur. (9,10)

17 Resim 10: Doğal Polimerlerin kullanım alanları

3.3.3.3 KOLLAJEN ve JELATİN

Bütün canlılarda hücreler dokuları, dokular sistemleri, sistemlerse organları ve organ sistemlerini oluşturur. Bu bütünlüğün sağlanmasında organizmada geniş bir alanı kapsayan, bağ doku olarak adlandırılan yapı rol alır. Bağ dokuyu oluşturan hücreler, metabolizma ürünlerinin büyük çoğunluğunu sentezden sonra hücre dışı (ekstraselüler) aralığına salarlar. Bu sentez ürünleri olarak kollajen, elastin ve proteglikanlar sayılabilir. Kollajen (collagen) kelimesi Yunanca iki kelimenin türevinden gelir; ‘kolla’ ve ‘gennan’. ‘Kolla’ zamk/tutkal anlamında olup, ‘gennan’ yapan/oluşturan anlamındadır.

17 Resim 10: Weyermann J, Lochmann D, Zimmer A. A practical note on the use of cytotoxicity assays. Int J Pharm 288: 369-376, 2005.

27

18 Resim 19: Kitozanın kemikte kullanım görseli

Biyouyumlu olan kitozanın hücre adhezyonunun viabilitesini ve vitalitesini arttırması, proteoglikanlara benzeyen kimyasal özellikleriyle ilişkilendirilmiştir (2). Wang ve arkadaşları, kemik ve doku mühendisliği alanındaki çalışmalarında kollajen ve kitozan içeren materyalleri kombine olarak kullanmışlardır (22). Benzer bir araştırmada ise Kong ve arkadaşları nanohidroksiapatit/ kitozan kullanarak, kemik üretiminde kitozan materyalin hücre uyumunu araştırmışlar ve çalışmalarının sonucunda en iyi doku mühendisliği membran materyalinin kitozan olduğunu vurgulamışlardır. Aynı araştırıcılar daha sonraki yıllarda kitozanın yalnızca hücre proliferasyonunda değil, preosteoblast kültürlerinin differasyonunda da kullanılmasının mümkün olduğunu göstermişlerdir(4). Genel olarak hücrelerin tutunabilmesinde, membranın yapısı, membranın yüzey yükü, yüzeyin protein bağlama kapasitesi, membranın kombine edildiği materyal tipi ve hücre uyumluluğu önemli faktörler arasında sayılmaktadır. Bununla birlikte, kitozanın hücreler üzerindeki farklı destekleyici özelliği, donör hücre fenotipi ve yükü, kitozanın deasetilasyonu, molekül ağırlığı ve sterilizasyon yöntemi sonuçlar üzerinde etkili olabilmektedir(3,20). Kollajen kaynatıldığı zaman tutkal oluşturan doku bileşimi olarak tanınmış ve bu şekilde adlandırılmış. Pliny, M.Ö. 50’lerde Romalıların yaptığı zamkı “zamk, boğa derilerinin pişirilmesidir” olarak belirtmiş. Son yapılan çalışmalarda yapısal olarak 19 farklı kollajen molekülü ve bunları kodlayan gen bilgileri belirlenmiş. Bunlara ek olarak, 10 proteinin de kollajene benzer yapıda olduğu kabul edilmekte. insan vücudunda yer alan kollajenlerin büyük çoğunluğunun ekstraselüler (hücre dışı) lifimsi ya da ağ benzeri (network) yapıda olduğu bilinir. Kollajen, suda çözünmeyen, yüksek gerilim gücüne sahip bir protein ve bağ dokusu ile tendonlarda fibroblastlar, dişte odontoblastlar kollajen sentezleyen özelleşmiş hücreler

18 Resim 19: biyomateryaller ve biyouyumluluk bıomaterıals and bıocompatibility yıldız özalp nurten özdemir Ankara Üniversitesi Eczacılık Fakültesi, Farmasötik Teknoloji Anabilim Dalı

28

olarak bilinmekte. Vücutta bağ dokunun ana bileşeni olan kollajen, toplam vücut proteinlerinin yaklaşık 1/3’ünü oluşturur. Kollajen, kıkırdakta % 50, korneada % 68, deride % 74 oranında bulunuyor.(17,21) Kollajenin yapı sında % 35 oranında glisin, % 11 oranındaysa alanin bulunur. Bu nedenle de betakeratine benzer. Kollajen, diğer proteinlerden farklı olarak % 12 oranında prolin ve % 9 oranındaysa hidroksiprolin içerir. Kollajen in-vivo koşullarda enzimatik olarak düzenlenen basamaklı polimerizasyon reaksiyonuyla sentezlenir. Lifimsi, alfa-heliks yapı, kollajene yüksek gerilme ve direnç sağlar. Kollajen moleküllerinin gerilme ve sıkışmaya karşı dirençli olmaları, bu grup proteinlerin biyolojik fonksiyonları açısından oldukça önemli. 1 milimetre çapındaki kollajen, 10 kilogram yükü taşıyabilecek dirençte olur. Temel birim olan bir kollajen molekülü 360.000 Dalton molekül ağırlığında, 1.5 nanometre çapında ve 280 nanometre uzunluğunda ve üç polipeptit zincirinin heliks şeklinde bir arada sarmal yapmasıyla oluşur. Bilinen en uzun proteindir. Tropokollajen makromolekül düzeyde bir monomer olarak düşünülür. Jelatinse kollajen molekülünün bozulmuş bir biçimi olarak bilinir.(19,3,23)

19 Resim 21: İnsan Stroma hücrelerinden yapılan bir kalp kapakçığı

3.3.3.4 D-GLUKANLAR(SELÜLOZ, DEXTRAN) Ağacın yaklaşık %40-50'sini oluşturan selüloz, bitkilerde bağ dokusunun önemli bileşenidir. Ağaçtan elde edilen selüloz fiberler 500-2000 glukoz birimlerinden oluşan polisakkaritlerdir. Zincir doğrusaldır, kuvvetli hidrojen bağı yapma eğilimi polimeri çözünmez

19 Resim 21: Weyermann J, Lochmann D, Zimmer A. A practical note on the use of cytotoxicity assays. Int J Pharm 288: 369-376, 2005.

29

ve kristalin yapar. Selülozun NaOH ve karbon disülfür ile etkileştirümesi ile işlenebilir rejenere selüloz elde edilmektedir. Selülozun OH gruplarının nitrolanması veya asetillenmesi ile elde edilen selüloz nitrat ve asetat sentetik polİmerlerden önce yaygın olarak kullanılan selüloz türevleridir.Medikal alanda hemostatik ajan olarak yara yanıkların tedavisinde ; antimikotik etkisiyle antifungal ajan olarak; Diyet programlarında yağ asidlerini bağlayıcı etkilerinden kaynaklı zayıflatıcı etkilerinden dolayı kullanılmaktadır.

3.3.3.5 ALJİNATLAR/ ALJİNİK ASİT

Aljinat örtüleri aljinik asidin kalsiyum ve sodyum tuzlarından yapılır. Aljinat, mannuronik ve glukuronik asitten oluşan bir polisakkarittir. Aljinat örtüleri dondurularak kurutulmuş poröz tabaka veya esnek elyaflı yapıda olabilir. Aljinatların örtülerdeki kullanımı yüksek absorpsiyon yeteneğinden dolayı eksudalı yaralarda akıntıyı önlemektir. Hidrofilik jel oluşumu yüksek absorpsiyon yeteneğiyle yara akıntılarını sınırlar ve bakteriyel kontaminasyonu minimize eder.

Aljinatların jel yapısı kalsiyum iyonlarına bağlanarak oluşur, bu polimerik çapraz bağlanmayı sağlar ve böylece yavaşça parçalanır. Kalsiyum iyonlarının aljinik asit polimerleriyle oluşturduğu çapraz bağlanması sonucu oluşan kalsiyum aljinat örtüler doku mühendisliğinde yapı iskelesi oluşturmak için ideal yapıdır.

3.3.3.6 HYALÜRON/ HYALÜRONİK ASİT

Hyolüronik Asit, birçok şeker molekülünden oluşan ve tüm organizmalarda bulunan doal bir maddedir. Hyaluronik asit (HA) özellikler çok miktarda sıvı emme özelliğine sahip olmasından dolayı cilde dayanıklılık sağlar yine bu özelliğinden dolayı kayganlık sağlayıcı bir etkiside vardır. Lubrikan yani kayganlık sağlayıcı etkisinden dolayı ilk olarak eklem içi ve göz içi uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır. Hyaluronik asit doku içerisine uygulandıktan sonra etkisini kısa sürede kaybetmektedir, bunun önüne geçilmesi için çapraz bağ ile birbirine bağlanan formları üretilmiştir. Böylelikle uygulama sonrasında kaybolmuş olan cilt kalınlığının sağlanması, cilt elastisitesinin(Esneklik) arttırılmasını sağlamaktadır.

30

3.3.4 KOMPOZİTLER Dokular genel olarak sert ve yumuşak dokular olmak üzere iki gruba ayrılır. Sert dokulara örnek olarak kemik ve diş, yumuşak dokulara örnek olaraksa kan damarları, deri ve bağlar verilebilir. Yapısal uyumluluk düşünüldüğünde, metaller ya da seramikler sert doku uygulamaları için, polimerlerse yumuşak doku uygulamaları için seçilebilir. Metaller ve seramiklerin “elastik modül” ile tanımlanan sertlik dereceleri, insan vücudundaki sert dokulara oranla 10-20 kat daha fazla olur. Ortopedik cerrahide karşılaşılan en önemli problemlerden biri, kemikle metal ya da seramik implantın sertlik derecesinin birbirini tutmaması. Kemik ve implanta binen yükün paylaşılması doğrudan bu malzemelerin sertliğiyle ilgili. implantın sertlik derecesinin, temasta olduğu dokularla aynı olacak şekilde ayarlanması, kemikte oluşacak deformasyonları engeller. Kullanımdaki tüm bu olumsuzlukları ortadan kaldırmak amacıyla, liflerle güçlendirilmiş polimerik malzemeler, yani polimer kompozitler alternatif olarak sunulmakta. “Kompozit”, farklı kimyasal yapıdaki iki ya da daha fazla sayıda malzemenin, sınırlarını ve özelliklerini koruyarak oluşturduğu çok fazlı malzeme olarak tanımlanabilir. Dolayısıyla kompozit malzeme, kendisini oluşturan bileşenlerden birinin tek başına sahip olamadığı özelliklere sahip olur. (22,23,5,9) Kompozit malzeme, “matris” olarak adlandırılan bir malzeme içerisine çeşitli güçlendirici malzemelerin katılmasıyla hazırlanır. Matris olarak çeşitli polimerler, güçlendirici olaraksa çoğunlukla cam, karbon ya da polimer lişer, bazen de mika ve çeşitli toz seramikler kullanılır.

20 Resim 16: Kompozitin dişi tamamlayıcı madde olarak diş uygulamalarına kullanılması

20 Resim 16: Wataha JC. Principles of biocompatibility for dental practitioners. J Prosthet Dent 86: 203-209, 2001.

31

Kompozitler, yüksek dayanıma ve düşük elastik modülüne sahip olduklarından, özellikle ortopedik uygulamalar için öngörülüyorlar. Ayrıca, kompozit malzemenin bileşimi değiştirilerek, implantın vücuttaki kullanım alanlarına göre mekanik ve fizyolojik şartlara uyum sağlaması kolaylaştırılabilir. Açıkça görülüyor ki, kompozit malzemeler, homojen malzemelere oranla, yapısal uyumluluğun sağlanması açısından daha avantajlılar. Polimer kompozitlerin sağlayabileceği diğer üstünlükler, korozyona direnç, metal yorgunluğunun ve metal iyonlarının salımının görülmemesi ve kırılganlığın azalması. Metal iyonları örneğin nikel ve krom salımı implantı zayıflatmaktan başka, alerjik reaksiyonlara da neden olur. Kompozitler, ortopedi ve diş hekimliği uygulamaları dışında, yumuşak doku implantı olarak da kullanılırlar.(7,8,13,20) Polimer kompozitler manyetik özellik taşımadıklarından, manyetik rezonans (MRI) ve tomografi(CT) gibi modern tanı sistemleriyle uyumludurlar. Metal alaşımları ve seramikler radyo-opak olduklarından X-ışınları radyografisinde problem yaratırlar. Oysa ki kompozit malzemelerde radyo-şeffaflık ayarlanabilir. Hafif oluşları ve üstün mekanik özellikleri göz önüne alındığında, kompozitler bu tür görüntüleme cihazlarının yapısal bileşenleri olarak son derece uygundurlar. Kompozitlerin potansiyel antibakteriyal aktiviteleri koloni oluşumundaki azalmalar dikkate alınarak belirlenmiştir. Antibakteriyel etkinliğin belirlenmesinde Escherichia coli DM, Pseudomonas aeruginosa DSM 50071, Staphylococcus aureus COWAN 1 ve Klebsiella pneumonia FMC 5 bakterileri kullanılmıştır. Tüm bakteri suşları 1.0 gr kompozit içeren Muller Hilton Broth içerisinde 37oC bir gece büyütülmüştür. İnkübasyon sonunda besiyerinden alınan bakteri örnekleri (108 hücre/mL) antibakteriyal test için Muller Hilton Agar besiyerine aktarılmıştır. 37°C’de 24 saat inkübasyon sonrasında koloniler sayılarak (Stuart SC6 Colony Counter) antibakteriyel özellik değerlendirilmiştir. Kontrol olarak aynı işlemler partikül içermeyen ortamlarda tekrarlanmıştır. Kompozit ile temas eden mikroorganizmalardaki azalma oranı yüzde olarak ifade edilmiştir.

3.3.4.1 KİTİN ve KİTOZAN

Organ kültürlerinde tercihen kullanılan organik bir biyomateryal olan kitozan ve türevleri, karides ve yengeç gibi Crustaceae’lerin kabuklarında doğal olarak bulunan kitinin, deasetilasyonu ile elde edilen yüksek moleküler ağırlıklı mukoadhezif bir katyonik

32

polisakkaritlerdir. Kitin Yunanca zırh kaplaması anlamına gelen “kiton” kelimesinden türetilmiştir ve ilk olarak 1811 yılında Braconnot tarafından mantarlarda keşfedilmiştir. 1859 yılında ise Rouget kitozanı keşfederek çok sayıda araştırmanın önünü açmıştır. Yeni uygulamalar ve yoğun çalışmalar 1930-1940’lı yıllarda ağırlık kazanmıştır. Kitozanın yapısı, glukozamin ve N-asetil glukozamin monomerlerinin β-1,4 pozisyonunda bağlanması ile oluşan bir polimer şeklindedir(14,11,1) .

21 Resim 12: laktid/glikozid içeren hücrelerin mikroskop görüntüleri

Bazı mantar ve maya türlerinde de bulunmakla birlikte ticari kitozan, Crustaceae (eklembacaklı kabuklular) familyasına ait deniz kabuklularında bulunan kitinden elde edilmekte olup, doğada selülozdan sonra en bol bulunan polisakkarittir. Endüstriyel kitozan üretimi; eklembacaklıların kabuklarının ekstraksiyonu ve ardışık olarak deasetilasyon işlemini takiben kitinden kitozanın elde edilmesi şeklindedir. Kabuklardaki kitinin ekstraksiyonundaki temel işlemler; kalsiyum karbonat ve kalsiyum fosfat gibi minerallerin ve proteinlerin alkali ve asit muamelesi ile uzaklaştırılmasıdır. Elde edilen kitinin yüksek sıcaklıkta (120ºC’da) % 40 NaOH ile işlem görmesi sonucu, deasetillenmiş kitozan elde edilir. Kitozan, katyonik yapılı boyalar, nişastalar, yüzey etken maddeler ve dört değerlikli amonyum tuzları gibi organik bileşikler ile olduğu gibi birçok anyonik ve noniyonik polimerlerle de uyumludur. Çok değerlikli anyonlarla ise, çapraz bağlanarak jel ve çökelti oluşturur. Kitozan, cıva, kadmiyum, kurşun, çinko, nikel, krom, bakır, demir, mangan, gümüş, altın ve platin gibi metal iyonlarına karşı yüksek düzeyde afinite gösterir ve kompleks oluşturur. Bu

21 Resim 12: Weyermann J, Lochmann D, Zimmer A. A practical note on the use of cytotoxicity assays. Int J Pharm 288: 369-376, 2005.

33

özellikleri ile, scaffold yapı oluşturmak için ideal bir biyomateryal özelliği taşımaktadır. Kitozanın vizkozitesi, yara iyileşmesi, hücre proliferasyon hızı gibi olaylarda önem kazanmaktadır. Bu vizkozite, ısının azalması, artan kitozan konsantrasyonu, deasetilizasyonun artma derecesi gibi nedenlerle artış göstermektedir. Özellikle yüksek oranda deasetile olan kitozanın mitojenik aktivitesinin yüksek olduğu belirtilmektedir . Bu özellkleri kitozana organogenezde aranılan bir biyomateryal özelliği kazandırmıştır. Fransa'daki George Pompidou Hastanesi'ndeki ekip, "Carmat" adlı şirket tarafından geliştirilen tamamen yapay bir kalbi önceki gün hastaya nakletmeyi başardı. Pıhtılaşma gibi sorunlara yol açabilecek plastik maddeler yerine inek derisi kullanılarak geliştirilen "protez kalp", normal kalbin görevini taklit ederek otomatik olarak kan dolaşımı sağlıyor.

Tamamen yapay bir kalbin hastaya nakledilmesi fikri ilk kez 20 yıl önce Alain Carpentier tarafından ortaya atılmıştı. Erkek anatomisine %86, kadın anatomisine %20 uyumlu olduğu gözlendi.Carmat kalbin kadınlara daha uyumlu olması için kalbi küçültmeyi planladığını belirtti.(14)

22 Resim 13: Carmat adlı şirketin inek derisinden yaptığı yapay kalp anatomisi

22 Resim 13: Ishihara, K., Nakabayashi, N., Fukumoto, K., Aoki, J., "Improvement of Blood Compatibility on Cellulose Cardivascular Membrane" , Biomaterials, 13 , s. 145-153 (1992)

34

23 Resim 14: Yapay kalbin dıştan görünümü

24 Resim 15: Yapay kalp resmi

23 Resim 14: Ishihara, K., Nakabayashi, N., Fukumoto, K., Aoki, J., "Improvement of Blood Compatibility on Cellulose Cardivascular Membrane" , Biomaterials, 13 , s. 145-153 (1992) 24 Resim 15: Ishihara, K., Nakabayashi, N., Fukumoto, K., Aoki, J., "Improvement of Blood Compatibility on Cellulose Cardivascular Membrane" , Biomaterials, 13 , s. 145-153 (1992)

35

Resim 16: Yapay kalbin çalışma şekli

Kalp yetmezliği son safhada, hayatta kalma ihtimali çok az olan hastalara umut olan yaklaşık 900 gram ağırlığındaki yapay kalbin fiyatı 140 bin-180 bin avro. Fransa'da normal kalp nakli ise 250 bin avroya mal oluyor.

In vitro kültür ortamlarında dokuların büyüme hızı üzerine kitozanın önemli bir etkisi vardır. Kitozanın doku kültürlerinde tabaka sayısını arttırıcı etkisi önemle vurgulanmaktadır Kitozanın, membran şeklinde kullanıldığında değişik doku kültürlerinde tutunmayı arttırıcı bir özelliğe sahip olduğu bilinmektedir . Biyomateryal uygulamalarında hücresel yanıt, deneyin en önemli basamağıdır. Biyomateryal üzerine tutunan hücrelerin biyouyumlu olan materyal ile temasından hemen sonra ortaya çıkacak olan hücresel davranış, deneyin gidişatının habercisi olmaktadır. (1,4,5,20) Hücresel temastan hemen sonra ortaya çıkan hücresel bazdaki değişiklikler bu etkileşimin sonucunda meydana gelir. Bu hücresel değişim hücre ile biyomateryal arasındaki etkileşimin boyutunu gösterir. In vitro ortamda hücrelerin membran üzerinde tutunabilirliliği yüzey özellikleri ile ilgili olup, membran yüzeyinde oluşan protein alan tarafından yönlendirilir. Bir başka deyişle, membranın protein absorbsiyon oranı hücre tutunmasında önemlidir. Membran yüzeyindeki bu protein alanı, yüzey yük miktarı (serbest yüzey enerjisi) ve kimyasal yapı ile ilgilidir. Minoura ve arkadaşları PVA (polivinil alko)-kitozan hidrojel ile yaptıkları in vitro çalışmada kitozan konsantrasyonunun L-929 fibroblast hücre sayısına ve canlılığına olan

36

etkilerini incelemişlerdir. % 99,85 deasetilasyonlu kitozan ile hazırlanan hidrojeller liyofilize edildikten sonra % 2.0, 5.0, 10, 15, 20, 30 ve 40’lık konsantrasyonlarındaki kitozan sonuçlarını karşılaştırmalı olarak değerlendirmişlerdir. Elde edilen sonuçlara göre %15 ve %40’lık konsantrasyon oranındaki PVA-kitozan hidrojellerde fibroblastlar birbirine çok yakın sonuçlar çerçevesinde canlı kalabilmişler ve çoğalabilmişlerdir. Bu sonucun temel nedeni olarak; homojen %15 ve heterojen %40 PVA-kitozan hidrojelinin yüzey konsantrasyonlarının birbirine yakın olması belirtilmiştir. Ayrıca hücrelerin yaşayabilme ve çoğalabilmeleri için karışımdaki kitozan konsantrasyonu arttıkça hücre sayısının da arttığı sonucuna varılmıştır. Bu etkileşimin; kitozan molekülünün NH2 grubuyla, hücrelerarasındaki elektrostatik etkileşimden ve kitozan molekülünün N-asetil glikozamin ünitesi ile hücredeki bir reseptör arasında biyospesifik etkileşimden kaynaklanabileceği belirtilmiştir.(5,6,16,17,18) Chuang ve arkadaşları polivinil alkol (PVA) ile kitozanın % 4.0’lük karışımı ile hazırlanan membran ile sadece PVA’dan hazırlanan membranın, insan fibroblast (L-929) kültürü üzerindeki etkilerini karşılaştırmışlardır. Sonuçlar taramalı elektron mikroskopisi ve MTT analizi ile değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, PVA/kitozan membranın PVA’ya kıyasla daha avantajlı olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada, kitozanın eklenmiş olduğu membrana, PVA ile hazırlanmış olan membrana kıyasla daha fazla sayıda fibroblastın tutunduğu ve daha hızlı fibroblast proliferasyonunun gerçekleştiği, tutunan hücrelerin canlılığını daha sağlıklı sürdürdüğü, poröz yapısı nedeniyle hücrelerin daha iyi tutunabileceği ideal membran yüzeyinin oluştuğu, fibroblastların iyi dağılım ve yayılım göstermiş olduğu ve tüm bu farklılıkların kitozandan kaynaklandığı görüşü bildirilmiştir. Kitozanlı membranda daha iyi sonuç alınmasının sebebi olarak, PVA içeren membranda kitozan içeren membranda yer alan protein bağlama bölgelerinin olmaması, dolayısıyla fibroblast gelişiminin engellenmesi şeklinde vurgulanmıştır. Doku mühendisliğinde, hücrelerin tutunmasını, beslenmesini, yayılmasını kolaylaştıracak ve oksijenlenmesini arttıracak üç boyutlu yapıların oluşturulması açısından por oluşumu oldukça önem kazanmaktadır. Ayrıca membranların süngerimsi poröz yapıda oluşturulmasının, in vitro ortamda hücrelerin bu yapıya tutunarak sıvıyı emmeleri açısından uygun ortamı yaratacağı yolunda bir görüş bulunmaktadır.

37

25

Resim12: Fare Fibroblastlarının %2lik kitozan membranı üzerinde çoğalmasının mikroskop görüntüsü

Yan ve arkadaşları da çalışmalarında greft teknolojisi ve sterilizasyon arasındaki ilişkinin önemini vurgulamışlardır. . Ancak sterilizasyon için uygun olan yöntem, bu özellikleri sağlarken hem materyale hem de hücrelere zarar vermemelidir. Tıpta greft materyallerin sterilizasyonu sırasında karşılaşılan en önemli sorun, işlem sırasında materyalin bazı özelliklerinin sterilizasyon yöntemine bağlı olarak kaybedilmesidir. Bu nedenle her biyomateryalin fiziksel ve kimyasal özelliklerine en uygun sterilizasyon yöntemi tercih edilmelidir. Literatür verileri incelendiğinde kitozan materyalin sterilizasyon yöntemleri ile ilgili farklı görüşler vardır. Kitozanın sterilizasyonunda filtre sterilizasyonu , otoklav sterilizasyonu alkol sterilizasyonu kuru hava , gluteraldehit eklenmesi metodu ile sterilizasyon, gaz sterilizasyonu-etilen dioksit , gama ışıması gibi yöntemler kullanılmaktadır.

25 Resim 12: Weyermann J, Lochmann D, Zimmer A. A practical note on the use of cytotoxicity assays. Int J Pharm 288: 369-376, 2005.

38

Khor ve ark. , yaptıkları çalışmada kuru hava, doymuş buhar basıncı ve gama ışıması yöntemlerinin kitozan materyali üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Bu çalışmada etilen oksit artık bırakması nedeni ile değerlendirmeye alınmamış, kuru hava sterilizasyonuna maruz kalan kitozanın daha az çözündüğü hatta daha ileri durumlarda asidik ortamda bile çözünmediği saptanmış, otoklav sterilizasyonu uygulandığında ise kitozanın içinde büyük çaplı termal olayların gerçekleştiği bunun sonucunda da suda çözünememe, orijinal gerilme direncinin % 80’inin kaybedilmesi gibi durumların ortaya çıktığı belirtilmiştir.

26

Resim 18: Embriyonik fare fibroblastlarının % 2 ‘lik kitozan membran formunun üzerinde üretildiği deneysel çalışmada geçirimli eletron mikrografta belirgin doku oluşumunu yansıtır nitelikte sıkı bağlantıların son derece iyi geliştiği ve fibroblast formunu korunduğu gözlenmektedir.

Gama ışımasının ise kitozan içinde zincirin kırılmasına neden olduğu rapor edilmiştir. Bir başka görüşe göre asidik pH’lı kitozan çözeltiler otoklav ile steril edilmek istendiğinde, polimer zincirde asidik hidroliz oluşabileceği bildirilmiştir. Diğer taraftan nötral pH’lı (6,8-7,2) kitozan çözeltisinde ise yüksek pH derecesine bağlı olarak biyolojik yıkımın daha az gerçekleşebileceği ileri sürülmüştür.

26 Resim 18: Korzeniewski C, Callewaert DM. An enzyme-release assay for natural cytotoxicity. J Immun Meth 64: 313-320, 1983.

39

4 BİYOMATERYALLERİN BİYOAKTİVİTE İLİŞKİLERİ

Biyomateryallerin birbirlerine göre biyoaktivitesi ve dokuyla arasında meydana getirdiği yanıt, Hench tarafından şematik olarak gösterilmiştir.(Grafik 1)

27

Grafik 1 : Biyomateryallerin dokuyla arasında meydana getirdiği yanıt (A=Biyoaktif cam, B=Cam-Seramik, C=Hidroksiapatit, D=İnert biyomateryal)

Grafik 1’e göre, rezorbe olabilen materyaller çok kısa bir süre içinde dokuyla etkileşime geçer ve materyal çözündükçe doku, materyalin yerini alır. Biyoaktivite ve arayüzdeki kemik dokusu miktarına bakıldığında; biyoaktif camlar ile hidroksiapatitler (HA), cam- seramikler ve inert materyaller arasındaki değerler gözle görülür bir biçimde farklıdır ve fazladır. Cam-seramik ve HA’lar benzer doku yanıtları oluştururlarken, inert materyallerin yüzeyinde hiçbir kemik dokusu görülmemektedir.(3)

27 Grafik 1: Hanks CT,Wataha JC, Sun Z. In vitro models of biocompatibility: a review. Dent Mater 12: 186-193, 1996.

40

Doku içine yerleştirilen bir materyalde ise fiksasyon dört şekilde sağlanır:

Zahraoui ve arkadaşları ise iyonizasyon ışımasının vizkozite ve moleküler ağırlık kaybına yol açabileceğini belirtmişlerdir (22). Mekanik duyarlılığın kritik öneme sahip olmadığı uygulamalarda 10 dakikalık otoklav sterilizasyonunun yeterli olacağı öne sürülmüştür.

4.1 Morfolojik fiksasyon: Materyalin konak dokuya pasif olarak temas etmesi veya arayüzde mekanik kilitlenme meydana gelmesidir.

4.2 Biyolojik fiksasyon: Materyal yüzeyinin pürüzlen-dirilerek bu alanda doku büyümesinin sağlanmasıdır. Yapılan çalışmaların neticesinde en uygun por büyüklüğünün 200-400 μm olduğu bildirilmiştir.

4.3 Biyoaktif fiksasyon: Materyal ve konak doku arayüzünde meydana gelen çeşitli kimyasal tepkimeler neticesinde materyalin konak dokuya bağlanmasıdır.

4.4 Yukarıda sayılan tüm yöntemlerin kombine olarak kullanılması.

Bir materyalde meydana gelen ayrılma ya koheziv ya da adeziv olmaktadır. İnert bir

materyalde ayrılma, arayüzde gerçekleşirken, biyoaktif materyalde ayrılma doku ile materyal arasında gerçekleşir. Genel olarak, farklı biyoaktif materyallerin biyoaktivitesi, materyal yüzeyinde meydana gelen kimyasal tepkimelere bağlıdır.

5 BİYOMATERYALLER ve BİYOUYUMLULUK İLİŞKİSİ

Biyomateryaller;

1) in-vivo ortamda lokal veya sistemik reaksiyona neden olmamalı

2) Vücut tarafından da değiştirilerek, ortadan kaldırılmamalı (yüzey uyumu)

3) Mekanik özellikleri kullanıldığı yerin mekanik özellikleri ile uyum sağlamalıdır. (yapısal uyum)

Bu özelliklerin 3 üne birden sahipse veya en çok özelliği içinde barındıran biyomateryal biyouyumlu sayılır diyebiliriz.(2)

41

Vücudun zarar görmüş kısımlarını tekrar yerine koymak, tamir etmek ve ogmante etmek binlerce yıldır uygulanan tedavi yöntemleridir; ancak eski tıbbi deneyler, deneme-yanılma yöntemlerine dayanmaktaydı. Günümüzde ise yaşlanan toplumun yaşam kalitesinin devamlılığını sağlamak için milyonlarca protez ve implant ihtiyacı olmaktadır.

Modern tıbbın ilerlemesi, beraberinde ortalama yaşam süresini arttırmış, meydana gelen teknolojik gelişmeler ise yaşam kalitesinin artması ile ilgili gereksinimleri beraberinde getirmiştir. Bu nedenle son 30 yılda modern materyal bilimi, dokuyla temas ettiğinde en az seviyede doku yanıtı yaratan kırktan fazla metal, seramik, polimer ve kompozit materyal üretmiştir.

Biyomateryaller, insan vücudunun çok değişken koşullara sahip olan ortamında kullanılırlar. Örneğin vücut sıvılarının pH değeri farklı dokulara göre 1 ila 9 arasında değişir. Günlük aktivitelerimiz sırasında kemiklerimiz yaklaşık 4MPa, tendonlar ise 40-80 MPa değerinde gerilime maruz kalır. .(14) Bir kalça eklemindeki ortalama yük, vücut ağırlığının 3 katına kadar çıkabilir, sıçrama gibi faaliyetler sırasında ise bu değer vücut ağırlığının 10 katı kadar olabilir.Biyomateryallerin tüm koşullara uygun olması gerekmektedir , nanoteknoloji, bilişim teknolojileri ve fabrikasyon yöntemlerindeki gelişmelere paralel olarak daha mükemmel biyomateryallerin gelişltirilmesi hedeflenmektedir. Biyomateryaller temel olarak tıbbi uygulamalarda kullanılmalarına karşın, biyoteknolojik alandaki kullanımlarıda göz ardı edilmemeli. Bunlar arasında hücre teknolojisinde hücre ve hücresel ürün üretiminde destek malzeme olarak, atık su arıtımında adsorban(yakalayıcı tutucu) malzeme olarak, biyosensörlerde, biyoayırma işlemlerinde, enzim, doku, hücre gibi biyoaktif maddelerin immobilizasyonunda (tutuklanmasında) ve biyoçiplerdeki kullanımları sayılabilir. (13)

6 BİYOMATERYALLER ÜZERİNDE YAPILAN BİYOUYUMLULUK TESTLERİ

Biyolojik testler genel olarak uc grupta sınıflandırılmıştır: 1. Başlangıc testleri 2. İkincil testler

42

3. Kullanım testleri

6.1 Başlangıç testleri

Başlangıc testleri, materyalin toksik profilini ortaya koymaktadır. Bu testlerin coğu ilacları değerlendirmek icin kullanılan testlerden secilmiştir. Hucre kulturu test metodları haric tutulursa bu testlerden ancak birkacıyla dental materyaller test edilebilmiştir.Bu metodlar sitotoksisite, hemoliz, sistemik toksisite, karsinogeneziz ve teratojeniteyi araştıran bir dizi testten (dominant letal test, ames testi, styles testi) oluşmaktadır(22,24).

6.1.1 In vitro Sitotoksisite Testleri

Yeni bir materyalin biyouyumluluğunu değerlendirmek icin ilk geliştirilen test yontemidir. Test malzemesinin, hucre kulturlerindeki hucre buyume oranı ve hucrelerin morfolojik ozellikleri uzerine etkisinin kontrol grupları kullanılarak değerlendirildiği yöntemdir(24). In vitro testler, organizmanın dışında yapılan testlerdir. Bu tur testler, test tupleri, hucre kultur kapları, flask veya diğer taşıyıcı kaplarda yapılabilmektedir. Memeli hucreleri, organeller, dokular, bakteri veya bazı enzim turleri, biyolojik sistem olarak kullanılabilmektedir. Test edilecek materyal veya bu materyalden elde edilen ozut, biyolojik sistemle temas edecek şekilde test kabına yerleştirilir(24,22). Biyolojik sistemle materyal arasındaki temas, direkt veya indirekt olabilmektedir. Direkt temasta biyolojik sistem, materyal veya ozut ile doğrudan temas halinde iken indirekt temasta biyolojik sistemle materyal veya ozut arasındaki etkileşim agar, filtre membranlar veya dentin gibi bariyer sistemleri sayesinde olmaktadır(31,32). In vitro biyouyumluluk testleriyle, vucuda yerleştirildiklerinde malzemelere karşı oluşacak biyolojik reaksiyonların test ortamında oluşturulması hedeflenmektedir. Oncul laboratuar testleri yapılmadan hayvan deneylerinin gercekleştirilmesi cok zaman alıcı ve masraflı olmaktadır. In vitro deneylerle, daha karmaşık hayvan deneylerine geçilmeden once materyalin toksik profili hakkında on bilgi sağlanmaktadır.

6.1.2 In Vitro Biyouyumluluk Testlerinin Uygulanmasında karşılaşılan temel problemler

43

Bu testlerle araştırılmakistenen biyolojik reaksiyonların in vivo sistem mekanizmasından bağımsız olarak değerlendirilmesi ve uygulanan test yontemleri icin standardizasyonun sağlanmasıdır. Ancak teknoloji, standardizasyondan daha hızlı gelişmektedir ki bu da standart geliştirme surecini zorlaştırmakta ve neredeyse surekli hale getirmektedir(34).

6.1.2.1 In Vitro Sitotoksisite Testlerinin Avantajları In vitro sitotoksisite testlerinin avantajları şu şekilde sıralanabilir;(31,32) 1. Diğer metabolik olaylardan farklı olarak hücre metabolizmasında spesifik bir fonksiyonun değerlendirilmesi, 2. Cok sayıda orneğin kısa zamanda ve ekonomik olarak değerlendirilebilmesi, 3. Kantitatif ve karşılaştırılabilir sonuclara ulaşılabilmesi, 4. Test yontemlerinin standardize edilebilmesi, 5. Kullanım testlerine oranla toksik maddenin daha hassas değerlendirilebilmesi, 6. Hassasiyetlerinden dolayı, toksik materyalin hayvan deneylerine gecmeden elimine edilmesine imkan tanımaları, 7. Hayvan ve kullanım testlerine gore daha geniş kullanım alanına sahip olmalarıdır.

6.1.2.2 In Vitro Sitotoksisite Testlerinin Dezavantajları In vitro testlerin dezavantajları şunlardır: (31,32).

1. Her test icin bir tur hucre kullanılması,

2. Kultur hucrelerinin konak hucrelerinden farklı olması,

3. In vitro ortamın organizmada bulunan immun sistem, inflematuar sistem ve dolaşım sistemi gibi karmaşık koordinasyon mekanizmalarına sahip olamaması.

Bircok in vitro sistemde tek tur hucre kullanılması bu tur etkileşimlerin oluşmasını engellemektedir. Bu durum, in vitro test sonuclarının in vivo şartlarla uyumluluğunu

44

tartışmalı hale getirmektedir. Tum sitotoksisite testlerinde, test sisteminin toksik olmayan bir ortam, steril ve tekrarlanabilir olması onemlidir.

6.2 İkincil Testler Test edilecek materyal, fare, rat, koyun, kedi, kopek ve domuz gibi bazı deney hayvanlarına implante edilmektedir(31,32). Bu şekilde materyalle biyolojik cevre arasında oluşabilecek karmaşık ilişkilerin gozlemlenmesi hedeflenmektedir. Test materyali klinik kullanıma en yakın şekilde deney hayvanına yerleştirilir. Biyolojik cevap, kısa (7+/-2 gun) veya uzun (70 �}5 gun) takip sureleri sonunda alınmaktadır. Elde edilen veriler in vitro testlere oranla daha kapsamlıdır.Fakat biyolojik cevabın karmaşık yollarla oluşması, sonuçların kantitatif olarak değerlendirilmesini zorlaştırmaktadır. Hayvan testlerinde değişkenlerin kontrolü genellikle zordur. Etik ilkeler ve hayvan hakları gibi konuların önem kazanması bu testlerin kullanılmasını giderek azaltmaktadır. Zaman alıcı ve pahalı olmaları da bu testlerin diğer bir dezavantajıdır. Son olarak uygulayıcı icin onemli bir nokta da hayvan türlerinin insanlardaki cevabı aynı şekilde vermesinin şupheli olmasıdır(21,24,31). Bu testler, kemik ici veya deri altı implantasyon testlerini, oral mukoz membran iritasyon testlerini ve alerji testlerini içermektedir(24,28).

6.3 Kullanım Testleri

Bu test yontemi, materyalin klinik kullanıma geçildiğinde ortaya cıkacak durumu tanımlama esasına dayanmaktadır. İkincil testler icerisinde yer alan kemik ici implantasyon testleri de bu gruba dahil edilebilir. Diğer kullanım testlerinin coğunluğu operatif diş hekimliği ve endodonti ile ilgilidir(14,28). Kullanım testleri, hayvan veya insanlar üzerinde yapılabilmektedir. İnsanlar uzerinde yapılan testlere “klinik deneme” denmektedir. Kullanım testlerinin yapılabilmesi icin bir materyalin klinik uygulamaya gecebilecek duzeye gelmesi gerekmektedir. Bu testlerin klinik tabloyu yansıtma potansiyeli oldukça yuksektir. İnsanlar uzerinde yapılan klinik denemeler ise kullanım testlerinin altın standardını belirlemektedir. Materyal son kullanılacak haliyle gonullu bir insana yerleştirilir(21,31). Kullanım testlerinin en onemli dezavantajı, bu testlerin oldukca karmaşık olması, deney kontrolünde ve elde edilen verilerin değerlendirilmesinde yaşanan gucluktur. Bu testler, diğer

45

biyouyumluluk testlerine gore oldukca pahalıdır. Materyalin uzun donem etkileri araştırılmak isteniyorsa aylar veya yıllar suren uzun zaman dilimlerine ihtiyac duyulmaktadır. İnsanlar uzerinde yapılan klinik denemeler resmi kurumların onayını ve hastanın aydınlatılmış onamını gerektirmektedir. Bu denemelerin yapılması, in vitro ve hayvan deneylerinde gerekli olmayan bircok yasal sorumluluğu gerekli kılmaktadır (31,32). Kullanılması; Yukarıda anlatılan her test yonteminin kendine gore avantaj ve dezavantajları vardır ve yeni bir materyal genel kullanıma gecmeden once bu testler, belli oranlarda kullanılmaktadır. Herhangi bir materyale karşı oluşabilecek biyolojik cevabı tam ve kesin olarak tespit edebilen tek bir test yontemi henuz olmamakla birlikte uc temel test turunun uygun karışımı hakkında da tam bir fikir birliği yoktur(24,32). İlk araştırmacılar spesifik olmayan, spesifik ve klinik kullanımbasamaklarından oluşan uc aşamalı piramit modeli oluşturmuşlardır(24,31). Spesifik olmayan testlerin, materyalin klinik kullanımıyla ilgili olması zorunlu değildir. Spesifik testler ise materyalin klinik denemeleriyle ilgili durumunu yansıtmaktadır(31). Her iki modelde de goruntuleme proseduru için piramidal yapı kullanılmıştır. Piramidin en alt basamağını başarıyla gecen materyaller bir ust kademe teste tabi tutulmaktadır. Ancak ikinci basamağı da başarıyla gecen materyal icin klinik deneme sureci başlamaktadır. Başlangıc testleri yanlış bicimde bazen pozitif, bazen de yanlış negatif sonuclar verebildiği icin, zaman ve maliyet acısından avantajlı olan bu modeller, gerceği tam yansıtamamaktadır(31). Bir materyalin biyouyumluluğunun karmaşık yapısını daha iyi yansıtmak icin yeni modeller geliştirilmiştir(13,25,30). Bu testlere gore bir materyalin biyouyumluluğu, klinik denemeleri de iceren dinamik bir surectir. Tek bir testle herhangi bir materyalin biyouyumluluğunu değerlendirmek mumkun değildir(13,31). Bir dental materyal, her uc basamağa da tabi tutulmalıdır.Bu işlemler sırasıyla basit testlerden daha karmaşık olanlarına, in vitro testlerden in vivo testlere, preklinik testlerden klinik testlere doğru olacak şekilde gercekleştirilmelidir. Yeni geliştirilen birçok materyal, ilk testi gectikten sonra sırasıyla ikinci ve ucuncu testlere tabi tutulmalıdır(24). Başlangıc aşaması (Faz 1 ve 2); Kısa sureli, basit ve az maliyetlidir. Bu basamağı başarılı olarak gecen materyaller, test hiyerarşisinde bir sonraki aşama olan hayvan deneylerine (Faz 3) tabi tutulur. En son aşama ise sınırlı sayıda hasta uzerinde yapılanklinik denemelerdir (Faz 4)( 21).

46

6.3.1 Biyosentez veya Enzimatik Aktivite Testleri DNA sentezi ya da protein sentezi olcumleri bu test turunun yaygın ornekleridir. DNA veya protein sentezi analizlerinde genellikle, hucre kultur ortamına işaretleyici radyoizotop ilave edilmesini taki ben DNA veya protein ile birleşip birleşmediği değerlendirilir. Sitotoksisitenin değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılan enzimatik test ise MTT testidir. Tetrazolium halkasının parcalanması sonucu soluk sarı renkli MTT boyası, koyu mavi-mor formazan urunune donuşmektedir. Bu reaksiyon frajil bir mitokondrial enzim olan suksinat dehidrogenaz enziminin aktivitesine bağımlıdır. Sonuc olarak canlı ve mitokondri fonksiyonu bozulmamış hucreler mor renkte boyanmakta, olu ya da mitokondri fonksiyonu bozulmuş hucreler boyanmamaktadır(29,33,34). Optik yoğunluk olculerek formazan oluşumu saptanabilir. Alternatif olarak test orneği çevresindeki formazan, ışık veya elektron mikroskobuyla da belirlenebilir(16,27). Hucre olumuyle ilgili diğer bir parametre, hücre zarı butunluğunun, olu veya hasar gormuş hücrelerden salınan sitoplazmik enzim aktivitesinin ölçülmesiyle değerlendirilmesidir. Laktat dehidrogenaz (LDH) tum hucrelerde bulunan sabit sitoplazmik bir enzimdir. Hucre plazma membranı hasar gorduğunde hucre kulturu supernatantına kolaylıkla salınabilmektedir. LDH, NAD+’nın indirgenme reaksiyonlarında gorev almaktadır. Sonuc, kolorimetrik olcum yontemleriyle değerlendirilmektedir(19,33).

6.3.2 Membran Geçirgenliği Testleri Materyallerin sitotoksisitelerinin değerlendirilmesinde kullanılan diğer bir yontem de hucre membran gecirgenliğinin olculmesidir. Hucre zarı gecirgenliği, zarı gecebilen bir boya ile oldukca kolay belirlenebilir. Bu yontem, olmeye yakın olan bir hucrenin, hucre zarındaki gecirgenliğinin de artmış olması prensibine dayanmaktadır. Kullanılan bu boyaların hucre zarını gecip gecememesine gore zar gecirgenliği dolayısıyla da canlı ve olu hucreler tespit edilmektedir. Bu test yontemi icin iki tip boya kullanılmaktadır. Vital boyalar, aktif transport ile canlı hucre icine taşınır ve hucrenin lizozomlarında birikirler. Sitotoksik etkiyle hucre zarı gecirgenliği artmadığı surece hucre icinde tutulurlar. Pek cok tip vital boya vardır, ancak en cok kullanılanlar, notral kırmızı ve Na2CrO4‘tur. Non-vital boyalar, sitotoksik etki ile hucre olumu gerçekleştiğinde

47

zarı gecerek hucre içine taşınabilmektedir. Non-vital boyalara ornek, tripan mavisi ve propidium iodid’dir (26,28,33).

6.3.3 Hücre Sayısı ve Büyüme Testleri Malzeme ile temas sonrasında hucre sayısının veya buyumesinin olculmesi ile sitotoksisiteyi belirler(10). Hucreler kultur kaplarına ekilerek yapışmaları sağlanır, daha sonra test malzemesi yerleştirilir. Test edilen malzeme sitotoksik değilse hucreler kultur kabında yapışık kalacak ve zamanla coğalacaktır.Ancak malzeme toksik ise hucreler coğalmayacak, ya sitopatik oluşumlar sergileyeceklerdir ya da kultur kabından ayrılacaklardır. Test malzemesi katı madde ise, malzeme cevresindeki hucre yoğunluğu (birim alandaki hucre sayısı) farklılık gosterebilir ve hücre buyumesinin bozulduğu bir alan (zone) tanımlanır. Hucre yoğunluğu kalitatif, semikantitatif ve kantitatif olarak belirtilebilir. Malzeme cevresindeki hücrelerin canlılığı, DNA iceriğinin biyokimyasal yollarla olculmesi gibi yontemlerle belirlenmektedir (20,26).

7 YENİ ORGAN GELİŞİMİ

Yeni organ geliştirme konusundaki çalıflmaların şimdiye kadar kısmen başarılı olanı kulakla ilgili olanları. Bir doku iskelesi üzerinde üreyen doku, gelişigüzel yönlerde büyür. Oysa vücut içerisindeki hücreler, organın amacına uygun bir desen üzerinde gelişirler. Bu sistem temelinde geliştirilen bir doku iskelesinde, polimer malzeme üzerinde hücre yapışmasını, dolayısıyla üremesini engelleyen küçük polimerik noktalar oluşturulur. Bu noktaların yerini değiştirerek hücrelerin üreme desenini, istenilen organ işlevini sağlayacak şekilde ayarlamak mümkündür. Nanorobotlar 0,5 ila 3 mikron arasında değişen çok küçük boyutlarda olan ve insan vücudunu patojenlere (hastalık yapıcılar) karşı etkin biçimde savunmak amacıyla tasarlanan cihazlar. Nanorobot yapısı, iç ve dış olmak üzere iki bölüm halinde tasarlanır. Dış yapı, vücudumuzda bulunan çok çeşitli kimyasal sıvılarla temas edebilecek kadar dayanıklıyken, iç yapı tamamen kapalı ve gerekmedikçe sıvı geçişine izin vermeyen bir vakum ortamıdır.

48

Nanorobotlar, akustik sinyaller aracılığıyla mesaj ileterek uzman doktorla haberleşebilir ve verilen komutları yerine getirir. Görevi tamamlandığında, herhangi bir yan etkiye neden olmadan ya da bozulmadan vücut dışarısına atılır. Nanorobota olası bir örnek olarak Robert Freitas isimli bilim adamı tarafından tasarlanan ve yapay bir kırmızı kan hücresi olan respirosit verilebilir. Respirosit, vücutta dolaşım bozukluğu oluşması durumunda, oksijen sağlanması için gerekli fazladan metabolik desteği sağlar. Bağışıklık sistemince reddedilmemesi ve vücuttaki basınca dayanması için, nanorobotun dış yüzeyi elmas olarak tasarlanmış. Elmas dış yüzeyin kusursuz bir şekilde pürüzsüz olması gerekiyor.Dış yüzeyin kimyasal tepkimeye girmeyecek şekilde ve düşük biyoaktiviteye sahip olması, yüzeydeki beyaz kan hücresi etkinliğini engeller. Küresel yapıdaki respirosit, mekanik yollar kullanılarak oksijenle doldurulur. Yaklaşık 1000 atmosfer gibi yüksek bir basınçta doldurulan oksijen, nanoküresel yapıdan sabit bir hızla salınacaktır. Bir respirosit, doğal bir kırmızı kan hücresine oranla 236 kat daha fazla oksijen taşır. Nanorobotların diğer olası kullanım alanları içerisinde kozmetik ürünler sayılabilir. Nanorobot içeren kozmetik kremler, ciltteki tüm ölü hücreleri temizleyebilir, fazla yağları alabilir ve hatta cildin beslenmesi için gerekli olan maddelere takviye yapabilir. Nanorobotlar, ağız ve diş temizliğinde kullandığımız antiseptik sıvılara da eklenebilir; ağızda bulunan hastalık yapıcı bakterileri ortadan kaldırabilir ve aynı şekilde plak ve tartarları saptayarak oluşumlarını engelleyebilir. Kullanım ömürleri kısa olan bu nanocihazlar, biyolojik ortamlarda parçalanabilecek şekilde tasarlanan yapıları sayesinde, zararlı yan ürünler oluşturmadan, bozunarak vücuttan atılabilir. Teknolojideki gelişmeler sayesinde, nanorobot uygulamalarının hayata geçirilmesine bir adım daha yaklaşmış bulunuyoruz. Örneğin, geliştirilen AFM (Atomic Force Microscope – Atomik Kuvvet Mikroskopu) sayesinde bir malzemenin yüzey özellikleri, milyar kez büyütülerek incelenebiliyor. Mikroskopik tekniklerdeki bu gelişmeler, nanorobotların moleküler yapılarının uygun olup olmadığını saptamak ve işlevlerini denetlemek açısından son derece önemli bir gelişme. Bunun yanısıra Cornell Üniversitesi’nde yapılan çalışmalarda nanorobotların hareketini sağlayan biyonik motorlar geliştirilmiş bulunuyor.

49

Resim 23 Nanorobotun alyuvarı yönlendirme tasarımı Resim 24: Bakteri tutucu nanorobotlar

1 9 8 5 yılında Rice Ü n i v e r s i t esi’nden Richard Smalley, karbon atomlarının 60’lı gruplar halinde birbirine bağlanarak “buckyball” olarak isimlendirilen küresel moleküller oluşturduğunu buldu. Bu küresel molekül kütlesine birkaç kobalt ya da nikel atomu eklendiğinde, 60’lı gruplar halinde bulunan karbon molekülleri (fulleren) şekil değiştirerek, kimyasal olarak kararlı ve duvar kalınlığı bir atom kadar olan tüp şekline dönüşür. Oluşan bu yapı, çelikten 100 kat daha sağlamdır ve moleküler düzeyde ilaç hapsetmek ve taşımak amacıyla nanotank olarak kullanılabilir. Nanorobotlar, bu nanotankları vücutta istenen bölgeye ulaşana dek iç yapılarında tutarlar. Beş yıl kadar önce bilim adamları, iki nükleotidi bir köprüyle birbirine bağlayarak nanorobotik kolların yapılması için ilk adımı attılar. Nanorobotlara bu kollarla virüsleri, antijenleri ya da analiz için gerekli elementleri tutma yeteneği kazandırılması tasarlanıyor. Nanorobotlar, teorik olarak 20. yüzyıl hastalıklarının tümünü ortadan kaldırabilir. Glasgow ve Wales Üniversitelerinin ortak çalışmasında, anormal hücrelerin ve virüslerin hızlı bir şekilde belirlenmesini gerçekleştirebilecek bir nanoelektrod geliştirilmiş. Böylece kanda HIV saptanabilmiş.Bir diğer çalışmadaysa, su kaynaklarında çok tehlikeli bir mikroorganizma olan cryptosporidium bakterisini belirleyecek bir nanoelektrodgeliştirilmiş. Bakteri ve virüsler 10-250 nanometre boyutunda ve elektriksel özellikleri iyi bilinen biyolojik ‘parçacıklar’. Bir elektriksel alan uygulandığında, bu parçacıkların herbiri, alanın şiddetine ve

50

salınım (osilasyon) frekansına bağlı olarak kendine özgü bir yolda ilerler. Dr. Morgan tarafından geliştirilen elektrodlarla, aşırı-duyarlı bir elektriksel alan yaratılmış ve böylece hücre, virüs ve proteinlerin hareketi ve birbirinden ayrılması sağlandı. Geçtiğimiz yüzyılın en korkulu rüyalarından biri olan HIV enfeksiyonu, bu yöntemle, klasik yöntemlerden 2-3 ay önceden saptanabilmekte. Çünkü, klasik virüs belirleme yönteminde antikorlar aranır. Fakat HIV virüsü, antikorlar üretilmeden 6 ay önce kanda bulunmakta. Artık kanımızda dolaşan nanoekranlar sayesinde hastalıklarımıza kendi kendimize tanı koyabileceğimiz ve cerrahi müdahalenin nanorobotlar tarafından yapıldığı bir gelecek düşünebiliriz. Görüldüğü gibi nanorobot konusundaki araştırmalar henüz başlangıç aşamasında olmalarına karşın, bu teknolojinin vaadettiği gelişmeler sonsuz.

51

8 SONUÇ İhtiyaçlar doğrultusunda araştırmaların yeni biyomateryaller yaratılması konusunda farklı bilim dallarım biraraya getirmesi modern tıbbı olumlu yönde etkileyecek olup, farklı bakış açılan sayesinde problemlerin erken teşhisi biyomateryallerin ve salım sistemlerinin araştırma-geliştirme işlemlerinde yeni tasarım kriterlerinin belirlenmesine olanak verecektir. Bircok materyal ozellikle de restoratif materyaller dentin, pulpa, periodontal ve periapikal dokular ve oral mukoza gibi canlı dokularla uzun sure temasta kalmaktadır. Bu nedenle yaygın klinik kullanıma gecilmeden once bu materyallerin ağız dokuları üzerindeki zararlı etkilerinin değerlendirilmesi gerekmektedir. İnsan vucudunda kullanılacak tum *restoratif materyallerin fiziksel ve mekanik ozellikleri yanında biyouyumluluk yonunden de değerlendirilmesi ve guvenilir materyallerin secimine dikkat edilmesi başarı şansını arttıracaktır.

52

REFERANSLAR

1. John Patrick, J.B.,"Biomaterials An Introduction " , Plenum Press,John Patrick, New York ,1979,s 97-130 . 2. Hasırcı, N., "Artificial substance in our body:Biomaterials" 1st National Symposium on Biomedical Science&Technology, Bildiri Özeti Ankara ,1991,s.21. 3. Black, J., "Systemic Effects of Biomaterials", Biomaterials, Chapter 5, Finland 1984, s.11-18, 4. Langer,R.,Cima,L.G.Tamada, J.A.,Wintermantel, E., "Future Directions in Biomaterials", Biomaterials, L.G. Tamada, 1990, s.738-745. 5. Chien, Y.W., "The use of biocompatible polymers in rate controlled drug delivery systems", Pharmacutical Technology, Delivery system,Chien yun,tuo, 1985, s.50-66. 6. “Metallic biomaterials and metallosis” Bülent Özkurt, Abdullah Yalçın Tabak, Numune Eğitim ve Araştırma Hastanesi Ortopedi ve Travmatoloji Kliniği, TOTBİD Dergisi,Ankara 2011, s.83-86 7.Maruoka,A.,Saito,M.,Sakai,H.,Sugano,N.,Hino,K., "Safety Assessment of Hydoxyapatite Composite Resin, A New Bioactive Bone Cement", Bioceramics,7, ed. Andersson, O.H., Yli-Urpo, Proceedings of the 7th International Symposium on Ceramics in Medicine, Turku,Finland, 1994, s.284- 291.

8.Dr.Levent Umur , GATA cerrahi ve travmatoloji ABD “Ortopedide kullanılan biyomateryaller ve biyolojik yanıt” ,”Biomaterials which can we used in ortopedia and biological effects”, TÜFTAD, Ankara 2006, s.32-37.

9. Langer,R., Peppas,N.A., "Present and Application of Biomaterials in Controlled Drug Delivery Systems", Biomaterials, 1981,s.201-214 . 10.Ashar, B.V., "Characterization and Testing of Biomaterials and Medical Devices", MD&DI, Sydney, 1987,s.57-63 . 11. Crowninshield, R. D., Brand, R. A., Johnston, R. C., and Milroy, J. C. An analysis of femoral component stem design in total hip arthroplasty. J. Bone Joint Surg. 1980, 62A, s.68–78. .

12.Özalp Y, Özdemir N. Biomaterials and biocompatibility. J Fac Ank Phar, 1996, s.51-75

53

13. Dai, K. R., Liu, Y. K., Park, J. B., and Zhang, Z. K. Bone particle impregnated bone cement: an in vivo weight-bearing study. J. Biomed. Mater. Res, 1991, s. 141–156. . 14. Khor E, Lim LY: Implantable aplications of chitin and chitosan. Biomaterials, 2003; 24: 2339-2349. 15. Koide SS: Chitin-Chitosan: properties, benefits and risks. Nutrition Research, 1998; 18: 1091-1101. 16. . Kurita K: Chemistry and application of chitin and chitosan. Polym Deg Stab, 1998; 59: 117-120. 17. Singla A K, Chawla M: Chitosan: some pharmaceutical and biological aspects – an update. J Pharm Pharmacol, 2001; 53: 1047-1067. 18. Bohler, N.. Metal/metal articulating interfaces, Orthoped,.Stutgard, s.879–880. (1995) 19. Chen M, Deng J: Study on physical properties and nerve cell affinity of composite films from chitosan and gelatin solutions. Biomaterials, 1998; 24: 2871-2880. 20. Kurita K: Chemistry and application of chitin and chitosan. Polym Deg Stab, 2001; 59: 117-120. 21. Akbuğa J, Aral C, Özbaş-Turan S, Kabasakal L, Keyer-Uysal M: Transfection efficiency of chitosan microspheres: effect of DNA topology. STP Pharm Sci, 2003; 13: 99-103. 22. Shigemasa Y, Minami S: Applications of chitin and chitosan for biomaterials. Biotechnol. Genet Eng Rev, 1998; 13: 383-420. 23. Akbuğa JA Biopolymer: Chitosan. Int J Pharm Adv, 1995; 1: 3-18.

24..E. D. Eanes, Prog. Crystal Growth Charact. 1980, 3, 3. J. Christofferson, W. J. Landis, Anat. Rec. 1991, s.230-435. 25. [30] M. J.Yaszemski, J. B. Oldham, L. Lu, B. L. Currier, ‘‘Bone Engineering’’, 1st edition, Em squared, Toronto, 1994,s. 541-545. 26. Crowninshield, R. An overview of prosthetic materials for fixation. Clin. Orthop. Rel. Res. , LA,1988 s.166–172.

54

27. Sjogren G, Sletten G, Dahl JE. Cytotoxicity of dental alloys, metals, and ceramics assessed by millipore filter, agar overlay, and MTT tests. J Prosthet Dent 84: 229-236, 2000. 28. Stanford JW. Recommended standard practices for cytotoxicity testing. FDI World Dental Federation in conjunction with International Standards Organization. Dental J 1980, 30: 141-173. 29. Tyas MJ. A method for the in vitro toxicity testing of dental restorative materials. J Dent Res 1977;56: 1285-1290. 30. Wataha J, Hanks C. Biocompatibility testing-what can we anticipated Trans Acad Dent Mater 1997;109-120. 31. Wataha JC. Principles of biocompatibility for dental practitioners. J Prosthet Dent 2001;86: 203-209. 32. Wataha JC. Biocompatibility of Dental Materials. In Anusavice KJ, ed. Phillip's Science Of Dental Materials. Missouri: Elsevier Science, 2003: 171-202. 33. Weyermann J, Lochmann D, Zimmer A. A practical note on the use of cytotoxicity assays. Int J Pharm , 2005;288: 369-376.

55