BİYOMALZEME- DOKU ETKİLEŞİMLERİ BİYOSERAMİKLER

Transkript

1 BİYOMALZEME- DOKU ETKİLEŞİMLERİ BİYOSERAMİKLER Ali Can ÖZARSLAN Cem Batuhan ÇEVLİK Prof. Dr. SEVİL YÜCEL

2 Seramik Ceramicos (Yakılmış Eşya) Genel olarak seramikler: Metaller ve alaşımları hariç, kimyasal açıdan anorganik olan, polikristal yapıda, genellikle yüksek ısıda işlemlerle elde edilen ürün ya da maddelerin tümü olarak tanımlanır. Metaller ve plastiklerden daha fazla korozyona dirençlidir. Genel olarak sıvılar, gazlar, alkaliler ve asitlerle reaksiyona girmezler. İyi yalıtkandır bazıları manyetik, piezoelektrik ve yarı iletkenlik özelliklerine sahiptir. Metallere göre % 40 daha hafif) Kırılgandırlar 2

3 Sıcaklığa dayanıklı, polikristal yapıda, metal oksitler (Al 2 O 3, MgO, SiO 2, ZrO 2 ) silikat ve karbidler ve çeşitli hibridler, sülfit ve selenid içeren malzemelerdir. Genel olarak sünek olmayan kırılgan yapıdadırlar. 3

4 Seramiklerin insan yaşamında yarattığı bir diğer büyük devrimse, geçtiğimiz 40 yılda vücudun zarar gören veya işlevini yitiren parçalarının Tamiri Yeniden yapılandırılması ya da Yerini alması için özel tasarımlı seramiklerin geliştirilmesi ve kullanımıyla gerçekleşmiştir. Bu amaçla kullanılan seramikler, Biyoseramikler " olarak adlandırılmaktadır. 4

5 Biyoseramikler şu özellikleri karşılamalıdır Toksik olmamalıdır Alerjik olmamalıdır Kanser yapıcı özelliği olmamalıdır İltihap oluşturmamalıdır Ömürlü olması için biyofonksiyonel olmalıdır BİYOUYUMLU 5

6 Avantajları Vücutta kimyasal kararlılık göstermeleri Çeşitli şekil ve porozite oranlarında üretilebilmeleri Çekme dayanımları düşük, basma dayanımı yüksek Apatit fazında üretilen seramiklerin doğal kemiğin bileşimine ve yapısına benzemesi Biyouyumluluğunun ve korozyon dayanımının yüksek olması Erime sıcaklıkları yüksek DEZAVANTAJLARI İletim elektronları olmadığından elektrik ve ısıyı kötü iletirler. Düşük tokluk ve süneklikte olup sert ve kırılgandırlar. Tekrar üretilebilirliği oldukça zordur. 6

7 Biyoseramik Malzemelerin Genel Kullanım Alanları Bel ve omuriliğe ait omurların onarımında Dişe ait hataların düzeltilmesinde Tam veya kısmi kalça parçalarında Solunum tüpleri olarak Orta kulakta küçük kemik olarak Kalp kapakçıklarında Kemik vidaları, hastalanmış kemik kaybı boşluklarının doldurulmasında kullanılır. 7

8 A. Kafatası onarımı B. Göz lensleri C. Kulak implantları D. Yüz yeniden yapılandırması E. Dental implantlar F. Çene büyütme G. Periodontal oyuklar H. Deri içine takılan cihazlar I. Belkemiği cerrahisi J. Kalça üst onarımı K. Boşluk doldurma L. Ortopedik destek amaçlar M. Ortopedik dolgular N. Yapay tendonlar 0. Eklemler 8

9 Biyoseramiklerin Doku Cevabına Göre Sınıflandırılması İmplant Türü Doku Cevabı Örnek Gözeneksiz yoğun ve inert seramikler Çok ince fibroz doku oluşumu (morfolojik sabitleme) Alümina, zirkonya Gözenekli inert seramikler HA ile kaplanmış metaller, biyoaktif seramikler Gözenek içerisinde doku büyümesi (biyolojik sabitleme) Doku implant ara yüzey bağlanması (biyoaktif sabitleme) HA, Hidroksiapatit Biyoaktif camlar Cam seramikler HA Resorbe edilebilir seramikler Emilme Trikalsiyum fosfat Biyoaktif camlar Bu sınıflandırmanın kesin sınırları yoktur. Biyoaktif bir seramik olan hidroksiapatitin Gözenekli formları biyobozunur özellik göstermektedir. 9

10 İmplant malzemeye olan doku cevabı; 1. Malzeme toksikse çevresindeki doku ölür. 2. Malzeme toksik değil ve biyoinertse, değişik kalınlıklarda fibroz doku (ipliksi bir kapsül)oluşumu gerçekleşir. 3. Malzeme toksik değil ve biyoaktifse, doku-implant ara yüzeyinde bağlanma gerçekleşir (biyoaktif yüzey) 4. Malzeme toksik değil çözünebilir yapıda ise, çevresindeki doku implantın yerini alır. 10

11 Biyoseramik Biyoinert Biyoaktif Biyobozunur Alümina; Al 2 O 3 Zirkonya; ZrO 2 Biyoaktif camlar ve cam seramikler Hidroksiapatit Biyolojik Hidroksiapatit Kalsiyum fosfatlar Trikalsiyum Fosfat (TCP) Biyoaktif camlar

12 Biyoinert seramikler Biyoinert seramikler, canlı doku ile mekanik bağ yapabilme kabiliyetine sahip seramiklerdir. Malzeme ile doku arasındaki etkileşim hızı son derece yavaş olduğu için herhangi bir kimyasal reaksiyon mümkün olamamakta ve bu durum da malzemeye yüksek ölçüde inertlik kazandırmaktadır. Seramiklerin biyomalzeme olarak kullanımlarının ve biyouyumlu olmalarının sebebi vücut içerisinde bulunan (Ca, K, Na vb.) iyonları ve vücut için çok az toksik (Zr, Ti) olan iyonları içermeleridir. 12

13 Morfolojik Sabitleme Gözeneksiz inert ve yoğun seramik kullanımı sonucunda doku cevabı ince fibröz doku oluşumu yönünde gerçekleşir. Bu durum morfolojik sabitleme olarak bilinir. Bu durumu sergileyen seramiklere örnek olarak alümina ve zirkonya verilebilir. Mekanik olarak çok iyi uyumluluk sergileyen bu seramiklerin dokuya yerleştirilmesi sonucu ara yüzeyde hareket oluşmaz ve böylece klinik başarı sağlanır. 13

14 Biyolojik Sabitleme Bununla birlikte gözenekli ve inert olan seramiklerin doku cevapları farklı gözlenir. Hidroksiapatit gibi seramiklerin gözenekleri içerisinde doku büyümesi meydana gelir. Ancak implant ve doku arasındaki ara yüzey alanının artması sonucu implantın dokuya hareketine karşı bir direnç oluşur. Bu durum ise biyolojik sabitleme olarak tanımlanır. 14

15 Biyoaktif Yüzey İmplantla doku arasındaki ara yüzeyde bağlanma gerçekleşebilir. Bu yüzey biyoaktif yüzey olarak tanımlanır. Bağlanma, implantlar doku arasındaki hareketliliği engeller, ayrıca implantın vücut tarafından dışlanmasını da engellemiş olur. 15

16 Alumina (A n X n ) Zirkonya Karbon 16

17 Al Seramikler (Al 2 O 3 ) Yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci, yüksek saflık (%99,5) ve sürtünme davranışı gösteren biyoinert bir seramiktir. Mükemmel aşınma direnci ve sürtünme davranışının nedeni seramiğin yüzey enerjisi ve pürüzsüzlüğünden kaynaklanır. Mekanik özelliklerinin iyi olmasından dolayı özellikle dental ve kemik implantlarında kullanılır. Elastik modülü Basma gerilmesi Bağ dayanımı Sertlik Yoğunluk Kırılma tokluğu 380 GPa 4000 MPa GPa HV (vickers hardness) 3.9<(g/cm3) 6-7 MPa.m(-1/2) 17

18 Al Seramiklerin Kullanım Alanları Dental uygulamalarda genellikle tek kristal safir (Ti iyonu içeren), Biyomedikal uygulamalarda ise C de preslenip sinterlenmiş polikristal α-al 2 O 3 seramikleri kullanılır. Alveoller kemik replacement ve alt çene rekonsritiksiyonu Omur ara parçaları Ortodontik dübel Diş implantları Kalça protezleri Diş implantlarında kullanılır. 18

19 Bayer Prosesi 1. Madenden çıkarılan boksit cevheri ezilir, yıkanır ve parçalanır. Sonrasında ise kostik soda içerisinde çözülür. 2. Karışım safsızlıkların kırmızı çamur uzaklaştırılması için filtre edilir. 3. Geriye kalan alümina ayrıcı tanklara aktarılır. Sıcak solüsyon soğutulmaya başlanır ve alüminyum hidroksit elde edilir. 4. Alüminyum hidroksit katı alüminyum hidroksit kristallerinin çökelmesini uyarır. 5. Tankın tabanında kalan alümina hidroksit tanktan alınır ve yeniden yıkama yapılır. Kalan suyun uzaklaştırılması için ısıtılır. Son ürün olarak alüminyum oksit ince beyaz toz olarak elde edilir. 19

20 Al 2 O 3 Sol - Gel Sentezi Asetik asit, sec-bütil alkol ile şeffaf jel hazırlanır. 70 C ve 180 C hava akımında bir gece kurutmaya bırakılır. -IR spektroskopi -NMR spektroskopi -Termal analizler: TGA, DTA -XRD -SEM Karakterizasyon 20

21 En yaygın olarak kullanılan alümina, α-al 2 O 3.3H 2 O nın C de preslenmesi ve sinterlenmesi ile elde edilir. Düşük sürtünme ve aşınma ve in vivo şartlarda inertliği ile birleşmesi eklemlerde kullanılmasını sağlamıştır. Yüksek sertliği alüminanın hareketli noktalarda taşıyıcı eleman olarak kullanılmasını sağlar. Bu yüksek sertlik, gevrekliğine rağmen bağlantı noktalarında alümina kullanımını avantajlı kılmaktadır. Kimyasal inertliği, Yüksek dayanımı, Yıpranmaya yüksek direnci, Düşük sürtünme katsayısı, Mükemmel korozyon dayanımı Yara oluşumu az olduğundan tercih edilir. 21

22 Zr Seramikler İnert seramiklerden olan zirkonyum yüksek bükülme ve korozyon direncine, iyi yorulma dayanımı, düşük yüzey pürüzlülüğüne sahiptir. Ancak zamanla vücut sıvısıyla etkileşiminden kaynaklanan dayanımının düşmesi, kaplama özelliğinin zayıf olması ve potansiyel radyoaktif madde içermesi dezavantajlarıdır. Zirkonyanın özellikleri mikro yapısına ; mikro yapısı ise üretim metoduna bağlıdır. Elastik modülü Basma gerilmesi Bağ dayanımı Sertlik Yoğunluk Kırılma tokluğu GPa 2000 MPa GPa HV (vickers hardness) 6,0<(g/cm3) 15 MPa.m(-1/2) 22

23 Zirkonya üç farklı kristal yapıda bulunabilir; A. monoklik B. tetragonal C. kübik zirkonya Bu formlar sıcaklığa bağlı olarak sergilenir C : monoklik C : tetragonal < C : kübik form 23

24 Zirkonya Üretimi Zirkonyanın katı minerali zirkon kıyı bölgelerinden (kum) toplanır. Fazla kum ve çakıl spiral konsantratör ile uzaklaştırılır, ilmenit ve rutil manyetik ayırıcı ile uzaklaştırılır. Seramik malzeme formunda zirkonya kristal bir yapı sergiler. Bu yapı sıcaklığa bağlıdır. Saf zirkon rafineride zirkonyaya dönüştürülür. Zirkonun zirkonyaya dönüştürülmesi; Klorinasyon, alkali oksit 24 dekompozisyon gibi

25 Zr Seramiklerin Kullanım Alanları Dental uygulamalar, dental çimento, Uyluk kemiği protezlerinde Mekanik özellikleri açısından kalça eklem protez sisteminde küre malzemesi olarak kullanılmaktadır. Üç Önemli Dezavantajı; i. Fizyolojik sıvılar nedeniyle gerilme direncinin azalması ii. Kaplama özelliklerinin zayıf oluşu iii. Radyoaktif madde içermesi (uranyum, toryum) 25

26 Karbon seramikler Karbon malzemeler kemik ve diğer dokularla olan uyumluluğundan ve kemiğe mekanik açıdan benzemesinden dolayı ortopetik uygulamalarda öne çıkmaktadır. Canlı doku ile kimyasal bağ oluşturmazlar fakat tamamen inert kabul edilmemektedirler. Diğer malzemelere göre en büyük avantajı mükemmel biyouyumluluğudur. Ancak bu malzemelerin kırılganlığı ve düşük gerilme direnci kullanımını zorlaştırmaktadır. Elastik modülü Basma gerilmesi Bağ dayanımı Sertlik Yoğunluk GPa 900 MPa GPa 3,4-3,8 GPa 1,7-2,2 (g/cm3) 26

27 Karbon Seramiklerin Kullanım Alanları Kimyasal ve mekanik yapıları nedeniyle bazı karbon formlarının kemik, kıkırdak, tendon, bağ ve kan damarı gibi hasar görmüş biyolojik yapıların yenilenmesinde, Karbon-karbon kompozitleri kemik yerine bağlantı bölgelerinde yük taşıyıcı eleman olarak, Metal substratların kaplanması amacıyla, Bazı karbon formları ise kanın saflaştırılmasında kullanılmaktadır. 27

28 İlk olarak düşük sıcaklık izotropik karbon kaplamalar prostetik kalp kapakçığı olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte iki tipi daha medikal alanda kullanılmaktadır; Ultra düşük sıcaklık izotropik (ULTI) Glassy (Camsı) karbonlar ULTI karbon malzemeler, yüksek yoğunluk ve dayanıklılıkta üretilebilirler ancak bu karbon malzemeler yalnızca saf karbonun ince kaplamaları olarak kullanıma uygundur. Glassy karbonlar ise düşük yoğunlukta ve zayıftırlar. Dayanıklılıkları 28 prosesle arttırılabilir.

29 Biyoaktif seramikler Biyoaktif seramikler kemik ile etkileşime girdiğinde bağlanma gerçekleştirebilen seramiklerdir. Bunlar; biyoaktif camlar, kalsiyum fosfatlardır. Biyoaktif seramiklerin fonksiyon prensibi, çevresini saran vücut dokuları ile direkt olarak sıkı biyokimyasal bağlar kurmaktır. Dolayısıyla biyoinert seramik malzemelerde görülen ipliksi kapsül oluşumu söz konusu değildir. İsminden de anlaşılacağı üzere biyoaktif seramik malzemelerin biyolojik aktiviteleri yüksek olduğu için doku hücrelerinin, biyomalzeme içerisine doğru büyüme eğilim ve yetenekleri çok iyidir. Biyobozunur seramikler Biyobozunur seramikler biyolojik olarak bozunarak zamanla doku ile yer değiştirmektedirler. Kemikte kırığın oluşturduğu boşluk kan pıhtısı ile dolar. Kemikteki boşluğa implant yerleştirildiğinde orijinal doku ve implant arasında biyoaktif bir ara yüzey oluşur. Biyoaktif ara yüzeyin özelliği, doğal doku gibi zamanla değişmesidir. Bu değişim yeterince hızlı olduğunda, implant çözünür ya da bozunur ve doku ile yer değiştirir. 29

30 Biyoaktif seramikler Biyoaktif malzemelerin implant malzemesi ile etkileşimi sırasında seramik yüzeyinde çözünme, çökelme ve iyon değişimi gibi reaksiyonlar gerçekleşir. Değişen malzeme yüzeyinde proteinlerin ve diğer biyolojik moleküllerin absorbsiyonu gerçekleşir ve hücreler seramik yüzeyinde kemik büyümesi gerçekleştirir. Osteointegrasyon olarak tanımlanan kemik ile birleşme, biyoaktif seramik malzemelerin sunduğu en önemli avantajlardandır. 30

31 Biyoaktif ve Biyobozunur Seramikler Kalsiyum Fosfatlar Biyoaktif Camlar

32 Kalsiyum Fosfatlar Yapısında Ca ve P atomlarının farklı sitokiyometrik oranlarda yer aldığı bileşiklerdir. Farklı yapı ve fonksiyonlar sergileyebilen kalsiyum fosfatlar nontoksik, biyouyumlu ve biyoaktif özellikler sergileyebildikleri için klinik uygulamalarda tercih edilmektedir.

33 Bu formlar kemik yapısının mineral kısmına çok benzediği için doku ile uyumludur ve granül yapıda ya da katı bloklar halinde kemik dolgu malzemesi olarak kullanılırlar.

34 Trikalsiyum Fosfat (TCP) -trikalsiyum fosfat -whitlockite Ca/P=1.5 Medikal uygulamalarda diğer bir dikkat çekici kalsiyum fosfat ailesi trikalsiyumfosfattır.(tcp) Kimyasal formülü Ca 3 (PO 4 ) 2 tır. α, ɣ, ve süper α olmak üzere 4 polimorfa sahiptir. ɣ polimorfu yüksek basınç fazıdır ve süper α polimorfu yaklaşık olarak 1500 C nin üstündeki sıcaklıklarda elde edilir. Bu nedenle biyoseramiklerde en sık kullanılan TCP polimorfu α ve TCP dir. TCP biyobozunur bir seramiktir ve çözünme hızları şöyledir: TCP < α TCP Osteokondaktif Biyobozunur(HA dan daha iyi) α-trikalsiyum fosfat >1200º C 34

35 Hidroksiapatit (HA) Ca/P=1.67 Kimyasal formül: (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) Kemiğin %66 sını oluşturur. İmplant uygulamalarında en çok çalışılan biyoaktif seramiktir. Kemik Hidroksiapatit

36 Hidroksiapatitin mekanik özellikleri Kemiğin mekanik özellikleri Elastisite modülü (GPa) Elastisite modülü (GPa) Basma dayanımı (MPa) 294 Basma dayanımı (MPa) Çekme mukavemeti (MPa) 100 Çekme mukavemeti (MPa) Yoğunluk (teorik, g/cm3) 3.16 Yoğunluk (teorik, g/cm3)

37 Hidroksiapatit (HA) In vitro ve in vivo; Çözünürlük ph ve kristaliniteye bağlı Paul Brunton at. all. Treatment of early caries lesions using biomimetic self-assembling peptides-a clinical safety trial Association, 215(4):E6 August 2013, DOI: /sj.bdj British dental journal official journal of the British Dental

38 TCP Üretimi ve HA üretimi (Çöktürme yöntemi ile) Ca(NO 3 ) 2 ve (NH 4 ) 2 PO4 içeren sulu çözeltilerden çöktürme NH 4 OH eklenmesi ve ortamın alkalin yapılması Yüksek sıcaklıkta 1 saat kalsinasyon (>800 C) Presleme ve C de sinterleme Öğütme ve eleme 38

39 Biyobozunur seramiklerin geliştirilmesindeki zorluklar Bozunma ve doğal dokuyla yer değiştirme sürecinde stabilitesinin ve dayanıklığının korunamaması Bozunma oranının ve vücut dokusunun kendisini onarım oranının eşlenmemesi. Bazı seramikler hızlı bozunurken bazıları yavaş bozunmaktadır. Bu zorluklar malzemenin tasarımı sırasında önemli kısıtlamalara sebep olmaktadır. Vücut içi çözünürlük; α-tcp > β-tcp > HA 39

40 Biyoaktif Cam Biyoaktif camlar ilk kez Hench ve arkadaşları tarafından geliştirilmiştir. Kemiğe kimyasal olarak bağlanırlar. (45S5-Bioglass ) (kimyasal kompozisyonu; 45% SiO 2, 24.5% CaO, 6% P 2 O 5 ve 24.5% Na 2 O) şeklindedir. Biyoaktif camların en önemli özellikleri; Enzimatik faaliyetleri, Üç boyutlu vasküler yapı oluşumunu desteklemeleri, Kemik dokudaki mezenkimal hücrelerin farklılaşmasına yardımcı olmaları, Kemik doku ile organik bağlarla bağlanmalarıdır

41 Biyoaktif Cam Yapısı Silika bazlı cam yapısında, Si atomlarını bir arada tutan köprü oksijen atomları Si atomları ile modifier atomlar arasında köprü olmayan oksijen atomları Olmak üzere iki tip bağ vardır. Biyoseramiklerin ve biyoaktif camların biyolojik davranışları BO ve NBO oranı ile ilişkilidir.

42 Biyoaktif Cam Yapısı Silika çözünürlüğü, cam kompozisyonuna ve network yapısına bağlıdır. Eğer SiO 2 içeriği ağırlıkça %60 tan fazla ise, BO bağ sayısı çok fazla olacaktır ve çözünürlük gözle görülür bir şekilde azalacaktır.

43 Biyoaktif Cam Üretimi (Sol-Jel Yöntemi) Maria Vallet-Regí, Ceramics for medical applications, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 2001, , DOI: /B007852M

44 Biyoaktif Cam Üretimi (Ergitme Yöntemi) Ergitme işlemi genellikle 1300 C sıcaklık ve üzerinde gerçekleştirilir. SiO 2 ve diğer (MO) CaO, Na 2 O, P 2 O 5 bileşenlerini içeren kimyasallar karıştırılır. Karışım erime sıcaklığına ulaşırken MO molekülleri Si-O-Si bağlarını kırar ve erime sıcaklığı düşer böylece erime hızlanır. Ergitme işlemi bileşiklerin birbirleri ile yaptığı sıcaklığa bağlı faz diyagramları doğrultusunda, erime sıcaklığının birkaç 100 C yukarısında gerçekleştirilmelidir. Ötektik nokta

45 Seramikleri Nasıl Karakterize Edebilirim? Kimyasal yapısını ve bağlarını anlamak için; o FT-IR (Fourier Kızılötesi Dönüşüm Spektrometresi) Kimyasal içeriğinin belirlenmesi için; o XRF (X-Işınları Floresans), o ICP-OES (İndüktif Eşleşmiş Plaza Optik Emisyon Spektrometresi), Kristal yapısının belirlenmesi için; o XRD (X-Işınları Difraksiyonu) Yüzey morfolojisinin gözlemlenmesi ve yüzey kimyasının belirlenmesi için; o SEM-EDS veya SEM-EDX (Taramalı Elektron Mikroskobu-Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi)

46 ICP-OES Sisleşme Numunenin C sıcaklıktaki plazmaya püskürtülmesi Gaz fazına geçerek uyarılan atomların yaptıkları emisyonun (elektromanyetik radyasyon) ölçülmesi Emisyon şiddeti, numune içerisindeki elementlerin konsantrasyonuna işaret eder.

47 XRD Bragg eşitliği X

48 SEM-EDS Auger é İkincil é Geri Saçılan é

49 BİYOAKTİF CAM DOKU ETKİLEŞİMİ Kimyasal Süreç Biyolojik Süreç 49 Larry L. Hench, Chronology of Bioactive Glass Development and Clinical Applications, New Journal of Glass and Ceramics, 2013, 3, 67-73, DOI: /njgc

50 Biyoaktif cam doku etkileşimi kimyasal süreç YVS YVS H + H + H 3 O + H 3 O + ph O O O O O O O O O O O -H OH O -H OH O -H OH O -H OH O Ca Na Si Si Si Na Si Si Si Si Si Si Si O O O O O O O O O 1-2µm PO 4-3 Ca +2 Ca +2 PO 4-3 YVS CO 3-2 OH - CO 3-2 YVS OH - ACP tabakası HCA ve HA kristal tabakası

51

52 Silika bakımından zengin tabaka (koyu renk) Kalsiyumfosfat bakımından zengin tabaka (açık renk) Biyoaktif cam implantasyonu sonrası SEM görüntüsü (tavşan tibia kemiği: 8 hafta sonra)

53

54 Biyoaktif cam doku etkileşimi biyolojik süreç Büyüme Faktörleri IGF-II vb. 6-)Adsorbe edilen büyüme faktörleri, M2 makrofajlarının aktivasyonuna neden olur. 7-)M2 makrofajları yara iyileşmesini destekleme eğilimindedir ve progenitör hücrelerin bir hasar bölgesine göçünü başlatmaktadır. 8-)Mezenkimal kök hücreler ve osteoprogenitor hücreler yüzeye göç eder ve HCA tabakasına bağlanır. Osteoprogenitor hücreler Biyoaktif Cam Biyoaktif Cam SiO 2 tabakası HCA tabakası

55 Biyoaktif cam doku etkileşimi biyolojik süreç 9-)Osteoprogenitor hücreler, özellikle osteoblastlar olmak üzere kemik dokusunda bulunan osteojenik hücrelere farklılaşırlar. 10-)Bağlanmış ve farklılaşmış osteoblastlar, öncelikle tip I kollajen, kemiğin ana protein bileşeni olan hücre dışı matris (ECM) bileşenleri üretir ve depolar. 11-)Kollajen ECM normal olarak yerli kemikte olduğu gibi mineralize olur. Nano ölçekli hidroksiapatit kristalleri, implantın yüzeyinde biriken kolajen ile katmanlı bir yapı oluştururlar. Bu reaksiyonları takiben, farkılaşmaya devam eden hücreler işlev görmeye devam ederek doku büyümesini ve onarımını kolaylaştırır ve kemik büyümesi devam eder. Farklılaşma için ortam kimyasının önemli olduğu düşünülmektedir. Yaklaşık olarak ppm çözünür Si'ye ve ppm çözünür Ca iyonlarına ihtiyaç vardır. Osteoblastların kalsiyum fosfat birikimi ve hücre dışı mineralize matris oluşturması için fosfat iyonlarının varlığının hayati önemi olduğu ileri sürülmüştür.

56

57

58 In vitro HCA ve Kollojen Fiber (CF) oluşumu

59 Gen Ekspresyonu Analiz Teknikleri

60 Klinik Çalışmalar-mastoid ameliyatı (mastoid defekt-boşluk doldurulması)

61 Klinik Çalışmalar-mastoid ameliyatı (mastoid defekt-boşluk doldurulması) Bioactive glass S53P4 in mastoid obliteration surgery for chronic otitis media and cerebrospinal fluid leakage. Sarin J, Grénman R, Aitasalo K, Pulkkinen J. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 2012;121: Mastoidectomy Cavity Obliteration with Bioactive Glass: A Pilot Study. Silvola JT. Otolaryngology - Head and Neck Surgery. 2011;145(2):P96- P97. Bioactive glass S53P4 in the filling of cavities in the mastoid cell area in surgery for chronic otitis media. Stoor P, Pulkkinen J, Grénman R. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 2010;119(6):

62 Klinik Çalışmalar-Çenede foliküler kist boşluğunun doldurulması

63 Klinik Çalışmalar-Çenede foliküler kist boşluğunun doldurulması Post-Op 18 ay-post Op

64 Klinik Çalışmalar-Distal femurda kronik osteomiyelit Hasta: 64 yaşında, enfekte implante edilebilir kardiyoverter (kalp pili) hastası erkek. Hematojen yayılımın bir sonucu olarak sağ femurda osteomiyelit ortaya çıkmış ve çevre dokuların enfeksiyonu eşlik etmiştir. Post-Op X-Ray

65 Klinik Çalışmalar-Distal femurda kronik osteomiyelit Bioactive glass S53P4 as bone graft substitute in treatment of osteomyelitis. Lindfors NC, Hyvönen P, Nyyssönen M, Kirjavainen M, Kankare J, Gullichsen E, Salo J. Bone. 2010;47: Through the looking glass; bioactive glass S53P4 (BonAlive ) in the treatment of chronic osteomyelitis. McAndrew J, Efrimescu C, Sheehan E, Niall D. Ir J Med Sci Sep;182(3): Bioactive glass S53P4 as bone graft substitute in treatment of osteomyelitis. Lindfors NC, Hyvönen P, Nyyssönen M, Kirjavainen M, Kankare J, Gullichsen E, Salo J. Bone. 2010;47: Clinical experience on bioactive glass S53P4 in reconstructive surgery in the upper extremity showing bone remodelling, vascularization, cartilage repair and antibacterial properties of S53P4. Lindfors NC. J Biotechnol Biomaterial. 2011;1(5). (An open access journal)

66 TEŞEKKÜRLER