BİYOUYUMLULUK VE DOKULARDA BİYOUYUMLULUK. Ziya Gökhan Bozkurt

Transkript

1 BİYOUYUMLULUK VE DOKULARDA BİYOUYUMLULUK Ziya Gökhan Bozkurt

2 Biyouyumluluk: Malzeme ve vücut sıvılarının kimyasal etkileşimi ve bu etkileşimin fizyolojik sonçlarının vücuda ne kadar zarar verip vermediğidir. Bir malzemenin biyouyumlu olması için bulunduğu canlıdaki fizyolojik ortam tarafından kabul edilmesi gerekir. Bu yaklaşımlara rağmen biyouyumluluğun çok kesin bir tanımı yoktur. Çünkü kullanılan malzemenin vücudun neresinde ve ne amaçla kullanılacağı bu tanımı belirler. Direkt kanla temas edecek malzemeyle, direkt kemikle temas edecek malzemenin biyouyumluluk tanımları birbirinden çok farklıdır. Biyomalzemeler, yaşayan sistemlerin içerisinde veya onlarla ilişkide olan sistematik ve farmakolojik olarak reaksiyona girmeyen malzemelerdir.

3 Biyouyumluluk: Araştırmacılar, biyomalzeme ve biyouyumluluk terimlerini, malzemelerin biyolojik performanslarını belirtmek için kullanmışlardır. Biyouyumluluk, bir biyomalzemenin en önemli özelligi olup, vücut ile uyuşabilirlik olarak tanımlanabilir. Biyomalzemeler, kendilerini çevreleyen dokuların normal degişimlerine engel olmayan ve dokuda istenmeyen tepkiler (iltihaplanma, pıhtı oluşumu vb.) oluşturmayan malzemelerdir. Bazı araştırmacılar, biyouyumluluk terimini biraz genişleterek, biyomalzemenin yapısal ve yüzey uyumlulugunu ayrı ayrı tanımlamışlardır. Yüzey uyumlulugu, bir biyomalzemenin vücut dokularına fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak uygun olmasıdır. Yapısal uyumluluk ise, malzemenin vücut dokularının mekanik davranışına sagladıgı optimum uyumdur.

4 SPR: SPR bir çok biyolojik etkileşimi araştırmakta kullanılan güncel bir tekniktir.biyomalzeme yüzey etkileşimlerini incelemek için idealdir bir çok yüzey etkileşimini gerçek zamanlı ve dinamik parametrelere bağlı olarak ölçebilir

5 Tarihçe: 1900 lü yılların başında çelik önem kazanıyor. Biyomalzeme olarak kabul ediliyor. Fakat çelikte oksidasyon olduğu için paslanmaz çelik, kobalt,krom kullanılıyor. Vücutta en uyumlu olanı altındır çünkü asal bir elementtir. 2. Dünya savaşından sonra bulunan cam şeklinde gözüken polimetilmetakrilat (PMMA)vücutla tamamen uyumlu olduğu ortaya çıkmıştır. Bir diğer buluş inorganik yapının bulunması kemiklerde uyumlu hidroksihepatit (seramik) 60 lı yıllardan itibaren kalp kapakçıkları, 70 li yıllarda kontakt lens bulunan en önemli malzemelerdendir. Tarihte bulunan ilk biyomalzeme de asa yani bastondur.

6 Biyomalzemelerin Kullanım Alanları: 1. Hastalıklı veya hasar görmüş kısımların yerine (diyaliz, protezler) 2. İyileşmeye yardımcı olmak (ameliyat ipliği(katküt),vidalar teller) 3. Fonksiyonelliği artırmak (lens kalp pili işitme cihazı) 4. Kozmetik problemleri düzeltmek (diş teli, deri implantasyonu, silikon) 5. Tedaviye yardımcı olmak (katater,direnaj) 6. Teşhise yardımcı olmak (biyoalgılayıcılar, endoskopi,enjektör) 7. Fonksiyon bozukluklarını düzeltmek(omuga fixatörleri)

7 Sistemde Kullanılan Biyomalzemeler: İskelet sistemi- protez, tel, vida Kas sistemi- Kas yırtıklarında kat-küt kullanılıyor. Sindirim sistemi- Mide ve bağırsaklardaki yırtıklar için kat-küt, endoskopi Dolaşım sistemi- Kalp kapakçığı,stent,yapay damar Solunum sistemi- Vücut sıvısıyla veya gazıyla temasta olması gerekiyor (oksijenaratör) Deri sistemi Sargı bezi, yapay deri (Sargı bezi genelde polimerdir) Boşaltım sistemi Sonda, diyaliz makinesı Endokrin sistemi- Pankreas hücrelerinin kapsüllenmiş yapıları Üreme sistemi

8 Biyomalzeme Tipleri: Metaller: Avantajları: Metaller paslanmaz çelik, titanyum, kobalt, krom vs Dayanıklı (mukavemetli) çekme yorulma çarpmaya dayanımı var. Dezavantajları: Biyouyumluluğu en az; alerjik reaksiyon,enfeksiyon, reaksiyon, kanser gibi durumlar doğurabilir. Korozyona çok fazla uğraması muhtemel oksijenli ortamda risk taşımakta. Yoğunluğu ve ağırlığı var.. Niçin kullanıyorum, dayanıklı (mukavemetli) olduğu için.

9 Seramik: Avantajları: Kalsiyumfosfatlar (hidroksihepatid), alüminyumoksit, titanyumoksit. Atıl yapılardır çok rahat tepkimeye girmeyen maddeler olduğundan, ısıyı geçirmemelerinden, elektrik geçirgenlikleri az olduğundan biyouyumluluğu yüksek, korozyon dayanımı yüksek. Dezavantajları: Isı ve elektrik geçirgenliği az, kırılgan yapıya sahip (basma direnci yüksek kesme direnci zayıf) tekrar üretilebilirliği oldukça zor.

10 Polimerler: Avantajları: Teflon, PMMA, poliester, poliamit, polimetan. Yumuşaktan serte kadar her türlüsünü üretmek mümkün yani çeşitli ve kolay üretim. Degredasyon : Vücud hücrelerinin indirgenmesi ile yok olması (degredasyon dikişleri). Dezavantajları: Degredasyon, sterilizasyon sıkıntısı, homojen üretimi zor (aynı boyutta zincir oluşturulması pek mümkün değil). Sert olsa bile sertlik mukavemet degildir. Kuvvete karşı dayanımı zayıfdır.

11 Kompozitler: Avantajları: Metal- seramik, polimer- seramik Yüksek biyouyumluluk, korozyon dayanımı, yüksek mukavemetli. Dezavantajlar: Üretimi zor (pahalılık), güvenirlik zayıf, homojen olamazlar.

12 Biyolojik Malzemeler: Avanatajları: Yüksek biyouyumluluk, yüksek uyumluluk, vücut da kullanılan mükemmel yapı. Dezavantajları: Nerden bulucaksın? Miktarı sınırlı, hastalık taşınımı, saklaması ve koruması zor, invitro-invivo özellikleri farklı, karmaşık yapı.

13 Elementlerin korozyon direnci üzerine etkileri ve havadaki toksik miktarları:

14 Elementlerin korozyon direnci üzerine etkileri ve havadaki toksik miktarları:

15

16

17 Malzemenin Özellik Kriterleri: Katı Hacim Özellikleri: Boyut, şekil, yüzeyin hacme oranı, su geçirgenliği, biyodegradasyon, özkütle, homojenlik. Yüzey Özellikleri: Su geçirgenliği ve yayılımı, pürüzsüzlük, zamana bağlı korozyon ve aşınma.

18 Biyomalzemelerin Performansı: Bir biyomalzemenin uygulama aşamasında performansının belirlemesinde genellikle birden fazla engel vardır. 1. Malzeme özellikleri 2. Tasarım özellikleri 3. Biyouyumluluk 4. Yerleştirme (ameliyat) tekniği 5. Hastanın sağlığı 6. Hastanın hareketliliği (kullanım hataları) 7. Ortam (dış etkenler)

19 Bağzı Tanımlar: İn vitro: Hücre ve doku kültürlerinde gerçekleştirilen deneyler(canlı organizma dışında). İn vivo: Vücuda doğrudan temasla yapılan deneyler(göz içi,ağız gibi). İn situ :Hücre içinde yapılan deneyler(canlı organizma içinde).

20 Genel Şema: Sırasıyla 1. Basit moleküller 2. Makromoleküller 3. Üst moleküler yapılasma 4. Organel 5. Hücre 6. Doku 7. Organ 8. Organ sistemleri 9. Organizma.

21 Dokularada biyouyumluluğu göstermek için i in ilk olarak dokunun tanımını yapalım: Doku: Aynı kökten gelip, aynı görevi yapan hücre topluluklarına doku denir.doku bilimine histoloji denir.

22 Dokularda biyouyumluluk için in Seramikleri ve Biyohibrid malzemeleri incelememiz gerekli;

23 BİYOSERAMİKLER: Vücudun zarar gören veya işlevini yitiren parçalarının tamiri, yeniden yapılandırılması yada yerini alması için özel tasarımlı seramiklerin geliştirilmesi ve kullanımıyla gerçekleşmiş. Bu amaçla kullanılan seramikler, biyoseramikler olarak adlandırılıyor. Biyoseramikler, polikristalin yapılı seramik (alümina ve hidroksiapatit), biyoaktif cam, biyoaktif cam seramikler veya biyoaktif kompozitler (polietilen hidroksiapatit) şeklinde hazırlanabiliyor. İnorganik malzemelerin önemli bir grubunu oluşturan bu malzemeler, sağlık sektöründe çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktalar.

24 Biyoseramikler: Örneğin, gözlük camları, teşhis cihazları, termometreler, doku kültür kapları, endoskopide kulanılan fiber optikler, bunlar arasında sayılabilir. Çözünmez gözenekli camlar, enzim, antikor ve antijen taşıyıcı olarak da kullanılmakta. Mikroorganizmalara, sıcaklığa, çözücülere, ph değişimlerine ve yüksek basınçlara olan dirençlilikleri bu uygulamalar açısından büyük avantaj sağlıyor.

25 Biyoseramiklerin Dokularla Etkileşimi: Canlı dokuya yerleştirilen tüm malzemeler, bu dokudan tepki alırlar. Bu tepki doku-implant ara yüzeyinde oluşur. ve Tablo da 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 biyo inertse, değişik kalınlıklarda fibroz doku oluşumu gerçekleşir. * Malzeme toksik değil ve biyoaktifse, doku implant ara yüzeyinde bağlanma gerçelleşir. * Malzeme toksik değil, fakat çözünür yapıdaysa, çevresindeki doku, implantın yerini alır.

26

27 Biyoseramiklerin Dokularla Etkileşimi: 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.

28 Biyoseramiklerin Dokularla Etkileşimi: 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 biyomalzeme kullanıldığındanda, bu malzemenin vücut sıvılarınca kimyasal açıdan parçalanabilir yapıda olmasına dikkat edilmeli. Bozunma ürünleri de zehirli olmamalı ve hücrelere zarar vermeden dokudan uzaklaştırılmalı. Tablo da biyoseramik türüne bağlı olarak gözlenen doku cevapları özetlenmiş bulunuyor.

29 Biyoseramiklerin Dokularla Etkileşimi: 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 kararlılığı bağlı problemlerin çözümü açısından, emilebilen implant kullanımı uygun gözükmekte. Emilebilen seramik implantların geliştirilmesinde dikkat edilecek noktalarsa şöyle sıralanabilir: 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.

30 Biyoseramiklerin Dokularla Etkileşimi:

31 Hidroksiapatit biyoseramiklerin bir diger kullanım alanı ise oküler implant uygulamasıdır.

32 Kaynaklar: Wintermantel, E., Mayer, J., Blum, J., Eckert, K.L., Lüscher, P. and Mathey, M., Tissue engineering scaffolds using superstructures, Biomaterials, 17, 83-91, Handbook of bıomaterials evaluation / Andreas F. Von Recum 6. Biomaterials / Joon B. Park / Roderic S. Lakes 7. Park, J.B., Kim, Y.K., Metallic Biomaterials, The Biomedical Engineering Handbook: Second Edition. CRC Press LLC, Bilim ve Teknik / Temmuz 2002 / 23. sayı 9. Cenk Balçık / Biyomalzeme Dersi

33 Beni Dinlediğiniz İçin Teşekkür Ederim Ziya Gökhan BOZKURT