KÖK HÜCRE UYGULAMALARININ ORAL CERRAHİDEKİ ROLÜ

Transkript

1 T.C. Ege Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi Ağız, Diş ve Çene Hastalıkları Cerrahisi Anabilim Dalı KÖK HÜCRE UYGULAMALARININ ORAL CERRAHİDEKİ ROLÜ BİTİRME TEZİ Stj. Dişhekimi Gizem KURTAR Danışman Öğretim Üyesi: Doç. Dr. Hüseyin KOCA İZMİR 2007

2 ÖNSÖZ Kök Hücre Uygulamalarının Oral Cerrahideki Rolü konulu tezimin hazırlanması sırasında bana yol gösteren ve yardımlarını esirgemeyen değerli hocam sayın Doç. Dr. Hüseyin KOCA ya, bu süreçte bilgilerini ve deneyimlerini benimle paylaşan sayın Dr. Aydın SARAÇ a, öğrenim hayatım boyunca bana destek olan aileme ve sevgili Kağan Seymenoğlu na teşekkürü bir borç bilirim. İZMİR Stj. Dişhekimi Gizem KURTAR

3 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ 1. GİRİŞ ve AMAÇ 1 2. KEMİK VE KEMİK İYİLEŞMESİ Organik Bölüm İnorganik Bölüm Kemik Dokunun Hücreleri Osteoprogenitör Hücreler Osteoblastlar Osteositler Osteoklastlar Kemik Histogenezisi (Kemik Oluşumu) İntramembranöz Kemik Oluşumu Kondral Kemikleşme Perikondral Kemikleşme Enkondral Kemikleşme Kemik İyileşmesinde Biyokimyasal Olaylar Hematom Oluşması Genç Granülasyon Dokusu Oluşması Kallus oluşması Lameller Kemik Oluşması 9 3. KEMİK İYİLEŞMESİNİ HIZLANDIRAN FAKTÖRLER VE BİYOMATERYALLER 10 Biomateryallerin sınıflandırılması 11

4 3.1. Kemik kaynaklı Biomateryaller Otojen Kemik Grefti (Otogreft) Homojen Kemik Grefti (Homogreft) Heterojen Kemik Grefti (Heterogreft) Alloplastik Biyomateryaller Paris Alçısı ( Kalsiyum Sülfat Hemihidrat) Biocoral (Kalsiyum Karbonat) Bioaktif seramik Trikalsiyum Fosfat Hidroksiapatit Preparasyonlar Polimerler Membranlar Kollagen Titanyum Karbon KÖK HÜCRELER Embriyonik Kök Hücreleri Erişkin Kök Hücreleri İn vivo kemik formasyonu Orofasiyel Komplexte Potansiyel Klinik Uygulamalar Oral Kavitedeki Diğer Mineralize Dokular ve Kök Hücreleri Sementoblast Benzeri Hücrelerin İzolasyonu ve Nitelendirilmesi Erişkin İnsan Diş Pulpası Kök Hücreleri 27

5 4.5. Mezenşimal Kök Hücreleri İnsan MSClerinin Karakterizasyonu ve İzolasyonu MSCs ve İskeletsel Hastalıkların Patofizyolojisi Mezenşimal Kök Hücrelerinin Doku Kaynağı Hayvan Çalışmaları Mezenşimal Kök Hücrelerini Kullanarak Yapılan Hücre Terapileri Kök Hücre Merkezli Kemik Gen Terapisi Uygulamaları Kök Hücre Temelli Doku Mühendisliği SONUÇ KAYNAKLAR 38

6 1. GİRİŞ ve AMAÇ Kraniyofasiyal defektler, travma, gelişimsel anomaliler, onkolojik rezeksiyonlar, enfeksiyon ve patoloji sebebiyle oluşur. Bunun sonucunda, kişide hem fizyolojik hem de psikolojik açıdan derin yaralar meydana gelir. Dolayısıyla, tıp bu gibi doku kayıpları ve bunların rekonstrüksiyonu (tekrar yapılandırma-yeniden inşa) ile her zaman yakından ilgilenmiştir. Organ transplantasyonları, kayıp dokuların yerine konulması üzerine geliştirilmiş teknikler, doku saklama yöntemlerindeki ilerlemeler olumlu sonuçların alınmasını sağlamıştır. Ancak son yıllarda, biyomateryaller ve cerrahi tekniklerin gelişmesiyle, rekonstrüksiyon cerrahisi, kraniyofasiyal iskelet deformasyonlarının rehabilitasyonu ve rekonstrüksiyonu konusunda hiçbir zaman olmadığı kadar geniş bir tedavi çeşitliliği alanına erişmiştir (1). Buna paralel olarak kemik ve yumuşak doku üzerinde kullanılması hedeflenen, pek çok biyolojik ve sentetik materyal denenmiştir. İyileşmenin sağlanabilmesi ve hastanın eski konforunu geri kazanabilmesi için bunların, vücutla biyouyum içerisinde olması gerekmektedir. Bu düşünce doğrultusunda, kemik ve yumuşak doku iyileşmesinde, canlının bizzat kendi dokularına ait hücrelerin kullanılması teklif edilmiştir. Bunlar da şüphesiz kök hücreleridir. Kök hücrelerinin doku mühendisliğinde kullanılmaya başlanması ile rejeneratif tıpta yepyeni bir sayfa açılmıştır. Bu tezin amacı Dişhekimliği Cerrahisinde kök hücrelerinin rolünün, kök hücrelerinin özelliklerinin ve kullanım alanlarının incelenmesidir.

7

8 2. KEMİK VE KEMİK İYİLEŞMESİ Organizmadaki diğer bağ dokularında olduğu gibi kemik dokusu da hücreler, lifler ve temel maddeden oluşmuş ancak yapısındaki kalsiyumdan ötürü sertleşmiş bir destek dokusudur. Kemikler her şeyden önce iskelet sisteminin en önemli yapıtaşıdır. Ayrıca kaslarla beraber vücut hareketini de sağlarlar. Bunlar dışında kan hücrelerinin yapıldığı kemik iliğini içermesi ve metabolik önemi olan kalsiyum deposu olarak ele alınacak olursa, kemiğin destek dokusu olma dışında da önemli rolleri olduğu ortaya çıkar (2). Kemiklerin kırılması durumunda kendilerini tamir edebilme kapasiteleri çok iyi gelişmiştir ve böylece bozulan bölgede yeni kemik dokusu oluşturularak bölgenin fonksiyonları eskisi gibi yerine getirilir. Kemik dokusu beslenme, metabolik, endokrin (hormonal) ve mekanik koşullara çok duyarlı bir dokudur. Bu nedenle aktif doku olma özelliğini taşır (3). Kemik doku organik ve inorganik komponentlerden yapılmıştır. Kemiğin kompakt ve spongioz olmak üzere iki ayrı formu vardır. Kompakt kemik sıkı tertiplenmiş, boşluk içermeyen bir dokudur. Spongiyöz kemik dokusunun ise gevşek, labirent veya bol boşluklu tarzda bir görünümü vardır. Bu boşluklar kemik iliği ile doludur (2). Vücudun femur gibi uzun kemik içeren bir ekstremitesi ele alınacak olursa, bu kemiğin iki uç tarafı veya eklemlerinin bulunduğu bölge epifiz, bunların arasında yeralan uzun bölgeye ise diyafiz adı verilir. Epifiz bölgesi kemiğin oluşumunda rol oynar (epifiz plağı). Epifiz kısmı ince kompakt kemikle kaplı olup spongiyöz kemik dokusundan yapılmıştır. Diyafiz bölümü ise kompakt kemik dokusundan yapılmıştır. Diyafizin ortasında da kemik iliği bulunur. Kafatası gibi yassı kemiklerin her iki tarafı kompakt, içi veya ortası ise spongiyöz kemik olarak tertiplenmiştir (diploe kemikler). (2) Kırmızı kemik iliğinden kan hücreleri oluşurken, diğer tip kemik iliği yağ hücrelerinden meydana gelmiştir ve sarı kemik iliği adını alır (4). Kemikler genellikle periyosteum adı verilen ve osteojenik aktivitesi olan bir bağ dokusuyla çevrilidir. Periyosteum eklem kıkırdağında bulunmaz. Diyafizdeki kemik iliği kavitesi ve 2

9 spongiyöz kemikteki boşlukların etrafı ince bir bağ dokusuyla çevrilidir. Bu yapı endosteum adını alır ve osteojenik aktiviteye sahiptir. Kemik dokusu kıkırdağın aksine bol damarlıdır. Ancak martiksinin sert olması diffüzyona elverişli değildir. Dolayısıyla dokunun beslenmesi kanaliküllerle olmaktadır. Bu kanaliküllerin içinde kemik hücreleri yerleşiktir. Hücreler sitoplazmik uzantılarıyla birbirleri ve komşu damarlarla ilişki kurarak metabolizma gerçekleştirilir (2,3). Kemiğin incelenmesi boyalı ve boyasız olarak yapılmaktadır. Boyamadan yapılan mikroskobik incelemede kemik önce kurutulur ve bundan alınan ince bir parça zımpara ile daha da inceltilerek direkt olarak mikroskoba getirilir. Bu şekilde kemik dokunun hücreleri (organik kısım) korunmaz ancak osteoblast (lakünalar) ve kanaliküller gayet net olarak görülebilirler. Yani dokunun inorganik yapısı ortaya konur. Buna maserasyon yöntemi adı verilir. Diğer yöntemde ise kemik rutin tespit maddeleriyle tespit edildikten sonra asitli bileşikler kullanılarak (%5 nitrik asit gibi) kemikteki kalsiyum ortamdan uzaklaştırılır böylece uygun yumuşaklığa getirilen kemik daha sonra da parafine gömülüp kesilir ve boyanır. Bu yönteme dekalsifikasyon denir. Bu şekildeki incelemede kemiğin organik kısımları (hücreler, lifler gibi) görülebilmektedir (4) Organik Bölüm Bu yapının büyük bölümü kollajen liflerden (Tip I), protein ve glikozaminoglikanlardan oluşan temel maddeden (amorf madde) yapılmıştır. Gelişmiş bir kemik dokuda lifler paralel ve belirli aralıklarla aralarında porlar bırakacak şekilde yerleşmiş olup aralarında hidroksiapatit kristalleri yerleşiktir (dokuya sertlik veren maddelerdir). Kemik matriksi genel olarak asidofildir. Doku kollajenlerden zengin olduğundan bu liflere uygun boyalarla gayet iyi boyanırlar (3) İnorganik Bölüm İnorganiklerin başında kalsiyum, fosfat, sitrat, magnezyum gibi maddeler gelir. Kalsiyum ve fosfat hidroksiapatit kristalleri şeklindedir ve kemik kollajenlerinin yanında amorf madde ile birlikte organize olmuşlardır. Hidroksiapatit kristallerinin 3

10 kemikteki önemi, kollajenlerle beraber kemik sertliğini ve dayanıklılığını sağlamasıdır. İnorganik maddeler kemiğin kuru ağırlığının yaklaşık %50 sini oluşturmaktadırlar (3) Kemik Dokunun Hücreleri Kemik dokusunda 4 tip hücre ayırt edilir: Osteoprogenitör Hücreler Kemiğin ana hücreleri olup mezenşimden kaynaklanırlar. Genellikle soluk boyanan nukleuslu, asidofilik sitoplazmalı hücreler olup endosteumda, periyosteumun iç katında ve Havers kanalları gibi bölgelerde bulunurlar. Osteoprogenitor hücreleri mitozla olgun kemik hücrelerine farklılaşmaktadırlar. Bu hücreler kemik büyümesinde, zedelenmesi veya kırık tamirinde aktif hale gelerek bölünürler ve osteoblast hücrelerine dönüşürler (5) Osteoblastlar Kemik dokusunda matriksin yapımında sorumlu olan bu hücreler, kübik ya da alçak prizmatik boylu hücrelerden yapılmıştır. İri nukleusları olup sitoplazmaları koyu bazofiliktir. Kuvvetli alkalen fosfataz ve PAS pozitif reaksiyon verirler. Alkalen fosfataz hem matriks hem de kalsifikasyonda rol alan önemli bir enzimdir. Enzim fosfatın hidroliziyle lokal inorganik fosfat konsantrasyonunu arttırmakta ve bunun kalsiyum iyonlarıyla birleşmesi sonucu kalsiyum tuzları halinde dokuya çökmesi sağlanmaktadır. Organizmada kemik yapım hızının ölçülmesi istendiğinde de kandaki alkalen fosfataz enzimi seviyesine bakılmaktadır (5) Osteositler Kemiğin esas hücreleri olup, olgun kemik hücresi adını da alır. Bu hücreler lakünaları içinde yerleşmişlerdir. Gelişimlerini tamamlamış olduklarından sentez yapamazlar. Bu nedenle granüllü ER ve Golgilerinde azalma görülür. Sitoplazma bazofilisi de daha azdır. Her hücre lakünası içine gömülü kalmayıp birbirleriyle temas kurmaktadırlar. Osteositlerin kalsiyumun kemiklerden kana verilmesinde ve 4

11 homestatik mekanizmayı düzenleme (kalsiyum konsantrasyonunu düzenleyerek) gibi önemli metabolik rolleri de vardır. Hücrelerin ölmesi halinde ise matrikste rezorbsiyon olayı görülür (5) Osteoklastlar Kemikte yıkımı veya kemik rezorbsiyonunu gerçekleştiren hücrelerdir μm çapında çok büyük hücrelerdir ve 2 den 50 ye kadar değişen sayılarda nukleusları bulunur. Fonksiyonlarından dolayı makrofaj türü hücre olarak da kabul edilirler. Osteoklastlar içerdikleri kollagenaz ve diğer proteolitik enzimlerle kemiği rezorbe etmektedirler. Eritici enzimlerle eritilen kemik dokusu uzantılarla hücre içine alınmaktadır. Hücrelerin çok sayıda lizozomları, mitokondrileri ve iyi gelişmiş bir golgi kompleksleri vardır. Bu hücreler kemikte Howship lakünası adı verilen boşluklarda yerleşmişlerdir. Osteoklastlar hormonlara karşı da çok duyarlıdırlar. Örneğin paratiroid hormonu hücrede RNA sentezini arttırmada etkili olurken, kalsitonin hormonu bunun tersi etki yapmaktadır. Kemik yıkımı, kemiğin modelleşmesinde önemli rol oynar. Bu olay osteoklast ve osteoblastların uyumlu çalışması neticesinde gerçekleşmektedir (5) Kemik Histogenezisi (Kemik Oluşumu) İntramembranöz ve Enkondral olmak üzere 2 tür kemikleşme vardır. Bunlardan intramembranöz kemikleşme bağ dokusu, enkondral tip ise kıkırdak dokunun katılımıyla oluşmaktadır. Kemikleşme hangi türde olursa olsun ilk oluşan kemik dokusu primer kemik yani olgunlaşmamış kemiktir. Oluşan bu primer kemik kalıcı olmayıp yerini esas yani olgun lamelli kemik dokuya bırakmaktadır. Kemik dokusu aktif bir yapıdır dolayısıyla devamlı olarak yenilenmektedir. Bu yenilenme özellikle mekanik, kimyasal ve hormonal koşullarla yakın ilgilidir (2,4) İntramembranöz Kemik Oluşumu Kemiğin bu şekildeki oluşumu bağ dokusu tarafından gerçekleştirilir. Organizmada kafatasının frontal, parietal, temporal gibi kemikleriyle çene gelişimi de bu tür kemikleşmeyle oluşmaktadır. Bu kemiklere membran kemikleri de 5

12 denmektedir. Kemiğin gelişmesi şöyle olmaktadır: Önce mezenşim hücreleri damarlar etrafında toplanırlar ve çoğalırlar. Aradaki boşluklar sertleşmemiş matriks ve içindeki kollajen liflerce doldurulmuştur. Mezenşim hücreleri osteoblastlara dönüşebilen hücrelerdir. Bu hücreler hücrelerarası madde ve lif sentezini de yaparak osteositlere farklılaşırlar. Bu bölgeye kemikleşme merkezi adı verilir. Oluşan kemik spongioz (trabeküler) yapıdadır ve lamel içermez. Araya henüz kalsiyum bileşikleri de çökmemiştir ve osteoid doku adını alır. Damar çevresindeki osteoblastların osteositlere dönüşerek boşalttıkları yerlere arkadan yeni hücrelerin gelmesiyle olayda devamlılık sağlanmaktadır. Trabeküller büyür, çoğalır ve anastomozlaşarak spongioz kemik dokusu şekillenmiş olur. Bu tür kemikleşmede periosteum ve endosteum kemikleşmeye katılmayan bağ dokusu tarafından yapılmaktadır. Trabeküller arası boşluklardaki bağ dokusu da kemik iliğinin myeloid veya hemapoetik dokusuna dönüşmektedir (2,4) Kondral Kemikleşme Bu tür kemikleşme diğerinden biraz farklıdır. Kemikleşme hyalin kıkırdak hücreleriyle oluşmaktadır. Bu nedenle intrakartilagenöz kemikleşme de denmektedir. Organizmanın uzun ve bazı kısa kemikleri böyle gelişir. Kondral kemikleşme perikondral ve enkondral olmak üzere 2 tiptir (2,4) Perikondral Kemikleşme Kıkırdak yüzeyindeki mezenşim kaynaklı hücreler osteoblastlara dönüşerek bu bölgede tabakalaşma yaparlar ve ara maddeyi salgılayarak osteosit haline dönüşürler. Bu olayı kalsifikasyon izler. Sonuçta ise diyafizin ortasında ve daha sonra da uçlara doğru gelişen ve kıkırdağı çevreleyen bir perikondral kemik dokusu ortaya çıkar. Kemikleşme tamamlandıktan sonra perikondriyum periosteum adını almaktadır. Bu kemik kompakt yapıdadır ve bu yolla kemiğin enine büyümesi sağlanır (2,4). 6

13 Enkondral Kemikleşme Bu tür kemikleşmede kıkırdak hücreleri önemli rol almaktadırlar. Özellikle uzun kemiklerin şekillenmesi bu yolla olur. Bu tür kemikleşme esas olarak kıkırdak hücrelerinin özellikle uzun kemiklerin diyafiz bölgesinde birtakım değişimleri şeklinde olmaktadır. Uzun kemikler epifiz (yuvarlakça uç kısımlar) ve uzun bir diyafizden oluşur. Meydana gelecek ilk kemik önce diyafizi saran perikondriumda intramembranöz yolla olmakta (kemik halkası oluşumu) ve periost şekillenmektedir. Diyafizdeki kemikleşme primer kemikleşmedir ve bölge tamamen kemikleşinceye kadar devam eder. Bunu epifiz bölgesindeki kemikleşme izler ve sekonder kemikleşme merkezi adını alır. Epifizdeki eklem kıkırdağı ise kemikleşmeye katılmaz. Sonuç olarak perikondral kemikleşme perikondriyumun osteojenik aktivitesiyle, enkondral kemikleşme ise kondrositlerin yani hyalin kıkırdak hücrelerin çoğalması ve diğer bir takım değişiklerle meydana gelmektedir. Kemik bir yandan devamlı olarak yapılırken bir yandan da osteoklastlarca yıkıma uğratılmakta ve bu iki olayın uyumlu çalışmasıyla kemik normal formunu korumaktadır (2,4) Kemik İyileşmesinde Biyokimyasal Olaylar Kırık meydana geldiği anda onun tamiri de başlar ve kırık uçlarının lameller kemikle birleşmesine kadar devam eder. Bu süre içerisinde birçok faktör iyileşmeyi etkilemektedir. Bu faktörlerin bir kısmı tamir olayını hızlandırırken bir kısmı da geciktirir hatta durdurur. Kırığın iyileşmesi olayı, travmaya uğrayan bölgedeki dokuların lokal bir fonksiyonudur ki bunun hızı ve miktarı önem taşır. Bireyin yaşı, direnci, sistemik hastalığı, lokal ve genel hastalıklar bu iyileşmeye yani lokal fonksiyona etki etmektedir. Kırık tamiri için önce, damarlanmanın artması ve hiperemiyle karakterize lokal enflamasyon oluşur. Kırıktan sonra ilk birkaç hafta boyunca, kırık hematomu içinde Ca konsantrasyonunda belirgin bir artış olur. Ancak kandaki genel Ca seviyesinde ise değişme olmamaktadır. Hematom kalsiyumundaki lokal artış kemik uçlarından sağlanır. Her yaralı dokuda olduğu gibi burada da histamin ve asetilkolin açığa çıkmıştır. Bilindiği gibi bu maddeler vazodilatasyon ve hiperemiye neden olurlar. Kırık 7

14 kemik uçları bu hiperemiye rezorbsiyonla cevap verir. Hiperemi yok oluncaya kadar Ca serbestlemesi devam eder. Böylece yeni kemik yapımı için gerekli Ca serbestleşmiştir. Kırık hematomunda bundan sonra fosfataz enziminde artma olur. Bu enzim osteoblastlar tarafından salgılanan bir kemik enzimidir. Her zaman kemik formasyonunun en aktif olduğu yerlerde bulunur. Bu enzimin artmasıyla plasmada proteine bağlı olan fosforik asidin fosfatları hidrolize olarak açığa çıkarlar. Bu da serbest haldeki Ca ile birleşerek kemiği besleyen sıvılardaki kalsiyum fosfatazı oluşturur ve satürasyonunu arttırır. Bu artış 10 hafta kadar sürer. Kemik iyileşmesinde rejenerasyon, periosttan, kemik iliğinden ve endosttan kaynaklanır. Konsolidasyon, özellikle kanla taşınan osteogeneze gerekli elemanlara bağlıdır. Kanlanma ne kadar düzenliyse, osteogenez o kadar iyidir (6). Bu olaylar çerçevesinde kemik iyileşmesi 4 fazda gerçekleşir: Hematom Oluşması : Kırık olayını takiben, kırık aralığını, dekolmana uğramış periostun altını ve komşu yumuşak doku aralarını medüller ve periferik damarlardan gelen kan ve plazma doldurur. Böylece kırık aralığı hematomu oluşur. Bundan başka kırık aralığında ölü kemik hücreleri, zarar görmüş yumuşak doku artıkları, bazen yabancı cisimler bulunmaktadır. Bu alandaki kemik yüzeylerinde osteogenetik hücreler yıkılmış olmasına karşılık kırık yüzeyinden uzaktakiler canlılıklarını korumaktadır Genç Granülasyon Dokusu Oluşması : Hematom kitlesi kapillerlerin dilatasyonu ile hiperemi gösteren ve hızla prolifere olan sellüler granülasyon dokusu ile çevrilir. Hematomun sıvı kısımları rezorbe ve katı kısımları da organize olarak kaybolurlar. Bu olay makro ve mikrofajlar yardımıyla gerçekleşir. Bundan sonra periostun içi yüzünde yer alan bir sıra kübik hücrelerden oluşan iç tabaka da ve aynı zamanda kırık sonrası açılan spongioza boşluklarında hücre çoğalması başlar. Böylece genç bir granülasyon dokusu oluşur. Bu doku kaybolan hematomun yerini alarak kırık aralığını doldurur. 8

15 Kallus oluşması : Bu yeni dokuda hücre sayısı azalmaya başlar. Çevresinde ise osteojenik hücreler artmış ve osteoblastlar haline farklılaşmıştır. Ayrıca periostun içi yüzünde de osteojenik hücre artışı olur ve buradaki hücreler de osteoblastlara farklılaşır. Bu sözü edilen hücre farklılaşması (diferansiyasyon) ve hücre artması (proliferasyon) ilk 48 saatte gerçekleşmeye başlar. Zaman geçtikçe periostun osteojenik tabakasının gelişmesi ve kalınlaşması artar. Osteojenik hücrelerin kemik trabeküllerini örten osteoblastlar haline geçişi daha fazla olur. Bir hafta içerisinde kan damarları çevresinde küçük küçük bölgeler halinde genç bir kemik dokusunun yer aldığı görülür. Bu doku osteoblastlar tarafından salgılanan yapıştırıcı bir kemik ara maddesidir. Buna osteoid doku adı verilir. İşte daha sonra biyokimyasal olaylar sonucu meydana gelen kalsiyum tuzları bu doku üzerinde birikecek ve ağ şeklinde, kırık uçları arasında uzanan köprüler tarzında bir yapıyı oluşturacaktır. Bu oluşuma da kallus denir Lameller Kemik Oluşması : Kallus oluşması kırığın fonksiyonel ( klinik ) iyileşmesini tanımlayan bir iyileşme safhasıdır. Asıl iyileşme, yani kırığın konsolidasyonu ise klinik iyileşmeyi takiben oluşan ve olgun lameller kemik formasyonunu tanımlayan bir evredir. Lameller kemik dördüncü haftadan itibaren oluşmaya başlar. Mevcut primitif kemik dokusu üzerinde yavaş yavaş gelişir. Kallusta her trabekül osteoblastik rezorbsiyon ile uzaklaştırılarak yerine birbirlerine çok yakın paralel yapıda ve direnç çizgilerine uygunluk gösteren lameller gelişirler (7,8). 9

16 3. KEMİK İYİLEŞMESİNİ HIZLANDIRAN FAKTÖRLER VE BİYOMATERYALLER Son 30 yılda biyomateryallerdeki gelişmeler kraniyofasiyal iskelet deformasyonlarının rehabilitasyonu ve yenilenmesi konusunda yenileyici cerrahiye yeni ve yenilikçi teknikler sağlamıştır (1). İdeal kemik greft materyali araştırmasında cerrahlar hastanın rekonstrüktif ihtiyaçlarıyla mümkün olan her bir greft materyalinin kendine has özelliklerini dengelemelidirler. İdeal kemik implantı araştırmalarında materyal birçok karakteristik sergilemektedir: 1.Kimyasal olarak inert olmalıdır 2.Hiperduyarlılık oluşturma ya da yabancı vücut reaksiyonu üretme yetenekleri olmamalıdır 3.Kolayca çevrelenebilmelidirler. 4.Zamanla kararlı şekli muhafaza etmelidir. 5.Non-karsinojenik olmalıdır. 6.Yaşayan doku tarafından gelişen ya da değiştirilebilir hale gelmelidir. 7.Toksik olmamalıdır. 8.Kolayca sterilize edilebilmelidir. 9.Çevre dokuları etkileyebilecek renk özellikleri olmamalıdır. 10.Uygulaması kolay olmalı, uygulama esnasında minimum travmaya neden olmalıdır. 11.Kırılmaya ve bükülmeye karşı dirençli olmalı, elastik olmalı, elastisitesi uygulandığı dokuya yakın olmalı ve ara yüzeyi geliştirmek ve estetiği sağlayabilmek için kolaylıkla bükülebilmelidir. 12.Enfeksiyona karşı dirençli olmalıdır. 13.Başarısızlık durumunda kolaylıkla çıkarılabilmeli veya kesilebilmelidir. 14.Ucuz olmalı ve eldesi kolay olmalıdır. 15.Radyografik olarak tespit edilebilmelidir (9,10). 10

17 Biomateryallerin sınıflandırılması 3.1. Kemik kaynaklı Biomateryaller Otojen Kemik Grefti (Otogreft): Otojen kemik greftleri hem alıcı hem de vericinin aynı olduğu materyallerdir. Kemiğin bölümleri hastada uzak bir siteye transplante edilebilir (heterotopik) yada aynı anatomik bölgede kullanılabilir (ortotopik). Kalvariyal greftler yaygın olarak ortotopik greftler olarak kullanılır. Bu greftler en yaygın olarak calvariumdan, iliak kemikten ve omurgadan toplanır (11). Otojen (kendi kendine oluşan) kemik greftlerinin kullanımı, yeni kemik greft materyallerinin karşılaştırılması konusunda uzun zamandan beri altın standart olarak düşünülmektedir. Otojen kemik greftlerinin, kraniyofasiyal iskelet ile gelişimsel işbirliği, enfeksiyona karşı direnç ve potansiyel olarak gelişme yeteneğine sahip olma gibi avantajları bulunmaktadır. Kraniyal kemik kraniyofasiyal yeniden yapılandırıcı cerrahide en uygun olarak kullanılan greft materyalidir. Donor saha morbitiditesi otojen greftlerin kullanımını sınırlandıran bir faktör olmaya devam etmektedir ve özellikle yeni bir operatif saha gerektiğinde her komplikasyon hesaba katılmalıdır. Bu yüzden; kraniyofasiyal cerrahide kullanılan kemik greftlerinin birincil rekonstrüksiyon gibi aynı şeye maruz kalmış alandan toplandığı Tessier kendi kendine yetme konsepti geliştirilmiştir (12). Böylece kalvariyal kemik greftlerinin; sadece toplama sahasının operatif alanda olduğundan değil ayrıca kalıcı verici saha ağrısı ve genel kozmesis tarafından da ölçüldüğü gibi ayrıca minimal verici saha morbiditesiyle alakalı olduğundan ideal olduklarına inanılmaktadır (11). Dahası kalvaryum resorbsiyona daha az eğilimi olan membran bir kemiktir. Otojen kemik greftlerinin temel avantajları; enfeksiyon dirençleri, safhalı girişim rekonstrüksiyon yetenekleri ve defekt sahası ile işbirliği yaptıktan sonra kemik gelişimi potansiyelleridir. Tamamen kozmetik uygulamalar da rapor edilmiş olmasına rağmen büyük bir kısmı kranial ve orbital kusurları ve kontur düzensizliklerini düzeltmek için kullanılmıştır. Şu anda kalvariyal kemik otogreftleri rağbet görmektedir fakat site-spesifik rekonstrüksiyon için klinik olarak işaret edilen diğer tip kemik greftleri kullanılmalıdır (11). Kalvarial olmayan otogreftlerin kullanımı verici saha morbiditesindeki artış (iliak, göğüs grefti) ve daha yüksek resorpsiyon oranından (omurga greftleri) sonra sınırlandırılmıştır (13). 11

18 Homojen Kemik Grefti: (Homogreft) Allogreft kemiğin sayısız konfigürasyonları bulunmaktadır: toz, kortikal parçacıklar, kansellöz küpler, kortikal taşıyıcılar vb.(14). Bunların çoğu otojen olarak ekilemez bile çünkü ekildiği takdirde donör sahada gereken miktardan ötürü bir değişim başlayacaktır. Artı, kortikal kemik özel geometrik şekillere, vida gibi, makine ile getirilebilir (15,16). Allogreft kemiğinin nasıl işleme tutulduğuna bağlı olarak, bazılarında osteoindüktif kapasite olmasına rağmen, allogreft kemiği prensipte osteokonduktiftir (14,17). Çünkü işlenmiş allogreftte, hiçbir yaşayan hücre bulunmamaktadır. Dolayısıyla hiçbir osteojenik cevabı sağlayamaz (17). İşleme metodları şöyledir : Fiziksel debridman: yumuşak dokuyu kaldırır ve hücresel yüklemeyi azaltır Ultrasonik veya nabızsal yıkama: geriye kalan hücre artıkları ve kan Etanol tedavisi: hücresel proteinleri denatüre etmek ve viral aktiviteyi azaltmak Antibiyotik yıkaması: bakterileri öldürür Frezelemek: final geometriyi sağlamak için Terminal sterilizasyon: gama radyasyonundan, etilen oksitten ve diğer metodlardan yararlanarak Gama radyasyonunu kullanarak öncelikli uygulama: ilk olarak mikrobiyal yüklemeyi azaltmak, dondurarak-öldürmek ve geleneksel-dondurma (14,18). Mekanik özellikler, hem donör sahaya hem de işleyiş tekniğine bağlıdır. Biyolojik yanıt da otogreftlerde olduğu kadar güçlü değildir (14,19). Biyolojik yanıt, alıcı bölgenin iliğinden veya otogreft eklemek suretiyle geliştirilebilir (17,20). Dondurulmuş-kurutulmuş allogreftler, uzun süreli ve elverişli olarak oda sıcaklığında barınabilirler. Ancak, dondurma-kurutma işlemi, materyalin özelliklerini değiştirebilir. Böylece implantasyon öncesinde, greftin rehidrasyonu gerekebilir. Derinlemesine 12

19 dondurulmuş kemiğin daha zorlu saklama koşulları vardır, buna rağmen, eritilerek hemen kullanılabilir ve başlangıçtaki materyal özelliklerini koruyabilir (14). Allogreft kemiğin birleşiminin biyolojik örneği, hemen hemen otogreft kemikle aynıdır. Yalnızca, allogreftlerde, osteojenik yanıt ya çok azdır yada hiç yoktur. Prensipte iliumdan, distal femurdan, proksimal tibiadan alınan kortikal ve kortikokansellöz allogreftler, yapıya ekstra destek sağlar. Çok büyük kortikal allogreftler tercih edilmemelidir çünkü bunlar kan damarlarının penetrasyonunu önlerler ve fraktür risklerini %16-%50 arasında değiştirirler (14). Bunun sebebi, zamanla oluşan fakat tamir edilemeyen minik çatlaklar olabilir. Operasyondan belirli bir süre sonra, kortikal allogreftler karşılaştırılan otogreftlerden daha zayıf kalırlar. Segmental kortikal allogreftler, yeterli zaman ve yük dağılımı verildiğinde, stabil bir yapı kazandıklarında, çoğu zaman otogreft olan ortakları ile birleşmeye ve onlara hem biyomekanik hem de yapısal olarak benzemeye başlarlar. Yine de allogreftlerde belirgin olarak daha fazla miktarda remodele edilmemiş nekrotik kemik gözlenir. Bazı kansellöz ve kortikal allogreftler kan damarlarının girişini kolaylaştırmak için açık bir yapı gösterirler. Yapısal olarak kullanılmamakla beraber, kendi başlarına yapısal olarak basınca direnç gösterirler. Tanecikli yapıları, allogreftlerin kanla, trombositle, ilikle hatta otogreftlerle kolayca karışmalarını sağlar. Böylece allogreftlerin biyolojik fonksiyonları geliştirilmiş olur (14). Genelde, allogreft kemik, hücrelerin inceleme ile çıkartılması ve dondurmakurutma ile immunolojik potansiyeli minimuma indirgenmiş, üniversal bir donör materyalidir (21). Ancak, deneysel hayvan çalışmaları göstermiştir ki, aslında, transplante edilmiş türe özgü allogreftler klinik olarak belirti vermemelerine karşın, alıcı konakta immunolojik yanıta sebep olabilirler. Köpek modeline göre, birleşme ve greft alıcı bütünleşmesi sırasındaki allogreft performansı, donör kemikle alıcı arasındaki histolojik yarışın derecesine bağlıdır (22). Bu yönden bakıldığında, immun sistemi baskılayıcı ajanların kullanımı mantıklı gözükmektedir. Ancak, alıcının sistemik sağlığı da göz ardı edilmemelidir. Klinikte, insan yapısındaki allogreft içerikli sahalardan alınan biyopsilerde, enflamasyon hücrelerine rastlanmıştır. Ancak, histolojik görünüm spesifik değildir ve bu hücrelerin kesinlikle immun reaksiyon sonucu oluştukları belli değildir (21). Araştırıcılara göre, greft birleşmesi ve performansı histolojik olarak uyumlu greftler kullanılarak arttırılabilir. 13

20 Allogreft kemik, hastalık bulaştırma potansiyelini göz ardı edersek hayli güvenlidir. Ancak bakteriyel sterilizasyon ve viral inaktivasyon sayesinde, bu da elimine edilmiştir. Amerika Birleşik Devletleri nde Yiyecek ve İlaç Bakanlığı, yeni açılan tüm doku bankalarının uyması gereken standartlar getirmiştir. Amerikan Doku Bankaları Birliği (The American Association of Tissue Banks) eğitimi ve araştırmayı destekler. Ayrıca, güvenirliği kesinleştirmek adına dokuların geliştirilmesi konusunda sayısız metot tarif eden yayınlar vermiştir. Bununla birlikte, bazı eyaletlerin kendilerine özgü yöntemleri vardır. Birinci basamakta, donörun sosyal ve medikal tarihi incelenir, serolojik testlere tabi tutulur. İkinci basamakta, doku sıkıca kontrol edilen koşullar altında geliştirilir. Bu aşama terminal sterilizasyonu içerebilir yada içermeyebilir (ör: gamma irradyasyonu, etilen oksit, vb.) (23). Üçüncü basamakta ise, USP sterilite testi (USP XXVI, Section 71,Sterility Test) veya onaylanmış dozimetrik yayma (AAMI/ISO 11137) yapılır. Alkol ve peroksit gibi yüzey aktif maddelerin birleşiminin kullanıldığı bazı doku yıkama prosedürleri virüsleri inaktive edebilir (14). Mikrobiyal sterilizasyon için kgy lik radyasyon dozu yeterli olurken, daha yüksek miktardaki radyasyon kesinlikle greftin mekanik özelliklerini değiştirir (24). Gamma irradyasyonu daha yüksek dozlarla HIV gibi diğer virüsleri de aktive eder, ancak bu durum greftin hem mekanik hem de biyolojik bütünlüğünü tehlikeye atar. Viral, özellikle HIV, transmisyonu halen şüphe çekmektedir. Aslında yüzdelere vurduğumuzda, oran 1-8 milyon olguda 1 dir (25). Büyük ossöz ve osteokondral allogreftlerle yapılan implantasyonlardan sonraki klinik, radyolojik ve biyolojik incelemeler sonucunda, başarı oranı %60-%90 arasında bulunmuştur (26). Cerrahın tedavi sürecinde allogreft kullanımını desteklemek için bu oran yeterlidir, ancak bazı noktalarda daha iyi sonuçlar alabilmek için bunun yanında yeni kemik rejenerasyon tekniklerinin de araştırılması gerekir Heterojen Kemik Grefti : (Heterogreft) Kemiğin mineral fazı lık NaHCL ile, organik matris bozulmadan ayrıştırılabilir (27). Bunun sonucunda, mineralize allogreft kemik ilk olarak belirgin bir osteokonduktif iskeletken, osteoindüktif bir karaktere bürünür. Osteoindüktif olmakla 14

21 beraber, kollajen matris, materyale halen osteokondüktif bir özellik verir (20). Kuru insan kortikal kemiği, ağırlık olarak yaklaşık %25 oranında kalsiyumdan oluşur. Amerikan Doku Bankaları Birliği (The American Association of Tissue Banks) demineralize olmuş kemiği %8 den daha az kalsiyuma sahip olarak tanımlar (18). Tipik demineralize kemik matrisi (DBM) formülünde kalsiyum yoktur. DBM insan allogreft kemiğinin bir formudur. Bununla beraber, ikinci safha olan asitle demineralizasyon safhasında, viral inaktivasyon ister istemez gerçekleşir. Sonuçta DBM implantasyonları sırasındaki hastalık bulaştırma ihtimali, diğer materyallere kıyasla daha az bulunacaktır. Ayrıca, demineralizasyon kan elemanlarının etkili bir biçimde uzaklaştırılmasına neden olduğu için, DBM demineralize edilmemiş allogreft kemiğinden daha az immunolojik potansiyele sahiptir (17). DBMnin osteokondüktiflik özelliğinden ilk olarak Urist (28) 1965 senesinde bahsetmiştir. O günden bu yana, yeni kemik oluşumundan sorumlu faktörlerin kemik morfogenetik proteinleri (BMPs) oldukları keşfedilmiştir. BMPler dönüşen büyüme faktörü-beta (transforming growth factor-beta) (TGF-B) molekül süperfamilyasının bir parçasıdırlar, küçük, hidrofobik, ısı-sabit glikoproteinlerdir(bmp 2-16) (17). BMP-1 yoktur, çünkü bu bir enzimdir, prokollajen C-proteinaz. Bu enzimin görevi de, olgun kollajen oluşumu sırasındaki proteolitik gelişmede rol almaktır ve kemik oluşumu ile ilgili değildir. BMPler genellikle, kemiğin organik matrisi ile ilgilidirler ve yalnızca küçük miktarlarda bulunurlar (29). Demineralizasyon süreci, BMPlerin biyolojik olarak bulunabilirliğini arttırır. BMPler, mezenşimal kök hücrelerini (MSCs) sahaya kemotaktik uyaranlar sayesinde çekerler ve MSClerin kemik oluşturucu hücrelere dönüşmelerini sağlarlar. Tipik olarak, MSCler kondrositlere dönüştürülürler, bu da enkondral kemik oluşumu gibi bir yol izler. DBMnin osteoindüktif potansiyelinde donörün çeşitliliğine göre farklılıklar gözlenebilir. Literatüre göre, osteoindüktif potansiyeli, yaş ve cinsiyet gibi basit donör karakteristiklerine bağlamamak gerekir (30). Eski görüşe göre, BMP 2,4 ve 7 en yüksek kemik oluşturma kapasitesine sahiptirler. Ancak son araştırmalara göre BMP 2, 6 ve 9 MSClerin diferansiyasyonundan sorumlu oldukları gözlenmiştir (31). 15

22 Liyofilize DBM tozu senelerdir çeşitli doku bankalarında bulunmaktadır. Ancak, operasyon anında bazı zorluklarla karşılaşılabilmektedir. Çünkü materyal, yerleştirilmeden önce uygun likit (su, salin, kan, vb.) ile tekrar yapılandırılmalıdır. DBM teknolojisinde 1990larda, gliserin, kollajen, hyalüronik asit gibi taşıyıcıların keşfiyle gelişme yaşanmıştır (32). Taşıyıcı toksik olmamalı, biyo uyumlu olmalı ve kemik yapımı sürecinin herhangi bir basamağına kesinlikle engel olmamalıdır. Diğer allogreft materyallerinde olduğu gibi, DBMler de kabul edilebilir risk profiline karşı gerekli aseptik önlemler alınarak geliştirilmelidir (33). Deneysel ve klinik çalışmalar göstermiştir ki DBMnin liyofilize toz, puty, yaprak ve diğer şekilleri, otogreft ve allogrefte alternatif başarılı bir osteoindüktördür (32). Osteoindüktif potansiyel araştırmalarında 2 ana kategori vardır: in vivo, in vitro. In vivo deneylerde, hayvan modeline implantasyon yapılır ve yeni oluşan kemik miktarı belirlenir. İnsan türevli DBM mutlaka immun sistemi baskılanmış bir hayvanda test edilmelidir, diğer türlü immunolojik reaksiyon oluşacaktır. Genel hayvan modelleri atimik fare ve sıçanlardır (34,35). Osteoindüktif potansiyelden emin olmak ve osteokonduktifliğin etkisini en aza indirgemek için, DBMler ektopik, subkutan veya intramuskuler, bir sahaya implante edilirler. İntramuskuler implantasyonun, subkutan implantasyondan daha çok endokondral kemik oluşturduğu kanıtlanmıştır (34). Genelde, osteoindüktivite raporlarında, DBM hayvanda en az 28 gün bırakılır (35). Çıkartıldıktan sonra, renklenmiş, dekalsifiye olmuş, içeri çökmüş bölgelerde histomorfometri analizleri yapılır. Deney sonucu alınan verilerdeki varyasyonlar, implantasyon sahasının özelliğine, implante edilen DBM miktarına, hayvanda bırakılma süresine, kullanılan histolojik metota bağlıdır (35). Günümüzde, in vivo osteoindüktiviteyi tanımlayacak, uluslar arası bir standart kabul edilmemiştir. In vivo osteoindüktivite testlerinin belirgin bir özelliği de, sonuç noktasının, kemik iyileşmesindeki istenilen klinik sonuç noktasına benzemesidir. Zaman ve gereken ücret, bu tekniğin rutinde kullanılmasını engelleyen dezavantajlarıdır. Osteoindüktivite testlerinin bir diğeri, in vitro testlerdir. Temel hücre dizileri, DBM varlığında kuluçkaya yatırılır ve biyoaktivitenin göstergesi olan değişiklikler ölçülür. Bu tip bir biyoaktivite, mitojenik ve morfojenik olarak sınıflandırılabilir. Mitojenik aktiviteye örnek olarak, insan osteosarkoma hücrelerinin proliferasyonu 16

23 gösterilebilir. In vitro metotlar, daha ucuz ve daha hızlı olmalarına rağmen, direkt olarak yeni kemik oluşumunu ölçemedikleri için rutinde kullanılmamaktadır Alloplastik Biyomateryaller Paris Alçısı ( Kalsiyum Sülfat Hemihidrat) : Genelde Paris alçısı olarak bilinen kalsiyum sülfat, belki de en eski seramik kemik yedekleme materyalidir. İlk olarak Dreesman (36) tarafından 1892 yılında tarif edilmiştir. Katı bir form oluşturmak adına, kalsiyum sülfat hemihidrat (CaSO4/2H2O) tozu, kalsiyum sülfat dihidrat (CaSO4. 2H2O) haline getirilir. Bunun için ekzortermik bir reaksiyondan geçirilir. Alternatif olarak, kalsiyum sülfat dihidrat tozu, sodyum fosfat ve potasyum sitrat içeren bir likitle de karıştırılabilir. Yavaş rezorbe olan kalsiyum fosfat bileşiklerinin aksine, kalsiyum sülfat bileşikleri 8 hafta- 6 ay gibi daha kısa zamanda rezorbe olurlar (37) Biokoral (Kalsiyum Karbonat): Marine coral bazlı Ca karbonat implantları delikli Hidroksil apatit (HA) implantları olarak aynı koraldan türemişlerdir. İki implant arasındaki biyokimyasal fark, koraline HA implantlarında Ca karbonat iskeletler Ca fosfata dönüşürken kimyasal olarak değişmemiş marine koral implantlar Ca karbonattan oluşmuştur. Bu 2 implant arasındaki fonksiyonel fark, Ca karbonat implantları subperiostal olarak implante edildiğinde zamanla resorbe olur ve kemiğin yerine geçerken HA implantları non-resorbl dır. Bu kemik değişimi rekonstrüktif hacimden hiçbir şey kaybetmeden bir çok ay boyunca olur (38). HA gibi biokoral, kemiğe deliklerinin iç yüzey alanı boyunca osseokondüksiyon yapar fakat kemiğin biokoral deliklere doğru gelişimi tamamlandığında osteoklastlar kalsiyum karbonat iskeleti ve osteoblast depozit kemiğini resorbe etmeye başlarlar (39). Şimdiye kadar kalsiyum karbonat implantlarının fibro-osseoz doku yer değiştirmesinin hiçbir histomorfometrik analizi yapılmamıştır. 17

24 Biokoral, insanlarda özellikle çapak deliklerini doldurmak yoluyla kranial defekt rekonstrüksiyonu için kullanılmaktadır (40). Delikli seramik HA gibi, kalsiyum karbonat implantları da önemli eğilme baskılarına dayanacak kadar dayanıklı değildir. Bu yüzden baskıya dayanması gereken uygulamalar için mandibular rekonstrüksiyon plakası gibi yapısal destek formuna ihtiyaç duyacaktır. Resorptif yeteneği ve hızlı fibro-osseous yer değişiminin kombinasyonu, konturun önemli olmadığı, komple implant resorpsiyonunun ve kemik yer değiştirmesinin istendiği ortopedik cerrahi için bu tip implantı ideal hale getirir Bioaktif seramik: Trikalsiyum Fosfat (TCP) Delikli beta-tcp, kemik greft yedeği olarak kullanılacak olan en öncü kalsiyum fosfat bileşiklerinden biridir (41). Paralel kanallardan ve fibröz dokunun implantın içine doğru gelişimine izin veren bağlayıcı pencerelerden ve delikli kalsiyum karbonat kanallarından oluşur. İmplante edildiğinde hemen hemen non-resorbabl olan seramik HA gibi olmayan şekilde, seramik beta-tcp yavaşça çözünür (41). Bu materyalle kemiğin oluşturduğu alana doğru osseokondüksiyonu indüklemek sonradan beta- TCP iskeletlerinin resorpsiyonu ile mümkündür böylece yeniden yapılandırılan sahada hiçbir biomateryal kalıcı olarak geride kalmaz. Ne yazık ki kemik tarafından beta-tcp değişimi 1:1 oranında olmaz. Absorbe edilen TCP hacmine göre daha az kemik hacmi üretilir (38). Bu sebepten dolayı beta-tcpnin klinik kullanımı birincil olarak erken hacim kaybını önlemek için, onu diğer materyellerle birleştirerek yapılır. Breitbast ve ark. (42) tavşanların frontal kemiğini onley kemik greft yedeği olarak osseoindüktif bir protein olan TCP ile birleştirdiler. Sonuçta hacim değişimi olmayan kontrollerle karşılaştırıldığında implant 1:1 oranında kemik yer değiştirmesi sağlayan yüksek seviyede kemik gelişimi ve yüksek oranda olgun lameller kemik ortaya koydu. 18

25 Hidroksiapatit Preparasyonlar HA kemiğin temel mineral komponentini ve kalsiyumlu insan iskeletinin %60 ını oluşturur (38) lerin başında sentetik olarak oluşturulmuştur ve klinik olarak 25 yıldan bu yana kullanılmaktadır (41). HA biouyumludur ve inflamasyon, toksik reaksiyon ya da yabancı hücre tepkisine neden olmaz. HA in 2 genel kategorisi vardır: seramik ve seramik olmayan. Tüm biçimlerin osseokondüksiyon ve osseointegrasyon yeteneği vardır ve in vivo olarak absorbe edilmeye dirençlidir (38). Seramik HA düşük ph da kristal formda sentezlenir ve katı HA kütlesi oluşturmak için sinterize edilir (41). İki biçimdedir: yoğun ve delikli. Yoğun seramik HA tamamen sentetiktir ve deliği bulunmaz, bloklar yada granüller şeklinde fabrika imalatı yapılabilir. Yoğun HA blokları yüz plastik cerrahisinde kullanıma uygun değildir çünkü şekillendirilmeleri zordur ve fibro-osseos doku gelişimine izin vermezler. Yoğun HA granüllerinin katı bloklardan daha yüksek kontur uyumluluğu vardır fakat hiçbir intrinsik yapısal entegrasyonu yoktur ve fibro-osseos doku tarafından çevrelenene dek mekanik olarak kararlı olmazlar ve böylece birkaç haftadan birkaç aya kadar migrasyon potansiyelini yitirmezler (43). İmplant migrasyonu ve zayıf yapısal kararlılık problemlerini çözmek için, HA granülleri granül içermeye yardımcı olmak için resorbabl taşıyıcı bileşiklerle birleştirilir (43), (Şekil 1, 2). Şekil 1 : Titanyum iskelet Şekil 2: İskelet üzerine konumlandırılmış HA 19

26 Bu maddeler içinde fibrin yapışkanı kontrol ortamı olarak kullanılmış ve yara iyileşmesini ilerlettiği ve anjiogenesi uyardığı ve kemik gelişiminde muhtemel rol oynadığı tespit edilmiştir (44) Polimerler : Sentetik absorbe olabilen polimerler, α-hidroksil asit temelli olarak, klinikte son 40 senedir suturların yapısında, son 20 senedir de pinler, çiviler, osteosentez plakları gibi internal fiksasyon aletlerinin yapısında kullanılmaktadır (45). Bu materyaller ilk olarak, hidrolize uğrarlar. Daha sonra metabolik olarak, su ve karbondioksite dönüşürler (45). En sık kullanılan sentetik absorbe olabilen polimerler, poliglikolik asit, polilaktik asit ve bunların kopolimerleridir. Bu materyallerin kemik oluşumuna katkıları sorgulanmaktadır. Poröz iskeletsel yapıları sayesinde teorik olarak osteokonduktivite göstermeleri beklenen polimerler, yalnız başlarına sınırlı osteokonduktiviteye sahiptirler. Sentetik absorbe olabilen polimerlerin, kemik rejenerasyonuna en büyük katkısı, diğer teknolojik ajanlarla bağlanma kapasitesidir. Sonuç olarak, doku mühendisliği alanında, bu materyaller, iskelet görevi üstlenerek, hücrelerle beraber ekilip, büyüme faktörleri ile birlikte kemik, kıkırdak ve diğer dokuları oluşturmada kullanılır (46). Bunlar ayrıca, yönlendirilmiş kemik rejenerasyonunda (GBR) absorbe olabilen membran olarak da kullanılabilirler. Bu teknikte, defekt alanına kemik greft materyali yerleştirilir, üzeri istenmeyen doku ve hücrelerden korunmak amacıyla bariyer görevi gören bir membranla örtülür. Böylece belirli bir boşluk oluşturulur ve korunur. Bu boşluk alttaki kan pıhtısının stabilizasyonu için gereklidir (47). Absorbe olabilen GBR membranları uzun süredir oral cerrahide kullanılmaktadır. Günümüzde, biyolojik olarak absorbe olabilen polimerlerden ve seramiklerden oluşan bileşikler üzerinde çalışılmaktadır Membranlar 3.4. Kollagen 3.5. Titanyum 3.6. Karbon 20

27 4. KÖK HÜCRELERİ İnsan vucudunun rejenerasyon kapasitesi çok yüksektir. Özellikle kan ve epitel hücreleri diğer hücrelere nazaran daha çabuk rejenere olurlar. Özelleştirilmiş dokuların bölünmesini hızlandıran kök hücreleri, kendilerini yenileme kapasitesine sahiptir. Kök hücreleri, iki ana özelliğe sahip eşsiz hücrelerdir. Birincisi, kendi kendini yenileyebilme özelliği, ikincisi ise başka türlere başkalaşabilme özelliğidir. Olgunlaşmış dokuda, bu erişkin kök hücreleri (ASCs) hemostaz ve doku tamirinde büyük rol oynarlar. Bu tip hücreler senelerdir incelenmelerine rağmen, son bulgular bu hücrelerin şaşırtıcı bir biçimde farklı dokular üretebilecek kapasiteye sahip olduklarını göstermiştir. Daha da dikkate değer olarak embriyonik kök hücrelerinin (ESCs) gelişimsel kapasitesi incelenmiş ve teorik olarak bu hücrelerin tüm doku tiplerine dönüşebileceği gösterilmiştir Embriyonik Kök Hücreleri: En basit anlamıyla, döllenmiş yumurta temel kök hücresini temsil eder çünkü farklı hücreler farklılaşıp çoğalabilir ve bütün bir organizmaya dönüşebilir. Erken gelişim evresinde, döllenmiş yumurta özelleşmiş hücrelere dönüşmeye başlamadan, hızla bölünmeye başlar. Gelişimin blastosit evresinde hücre içi kitlesi (inner cell mass) oluşmaya başlar. Bu hücre içi kitlesine sahip olan hücreler embriyonik kök hücreleri (ESCs) olarak adlandırılırlar. Sıçanlara ait ESCler genetik olarak modifiye edilmiş, eksik gene sahip hayvanlarda kullanılmıştır. Bu hayvan çalışmaları göstermiştir ki, gelişmekte olan embriyoya uygulandığında ESClerin her türlü hücreye dönüşebilme kapasiteleri vardır. Bilim adamları bu ESCleri kültür ortamında üretebilmeyi başarmışlar ve bu hücrelerin sıra dışı bir biçimde birçok hücre tipini oluşturabileceklerini göstermişlerdir. Bu sebeple, ESCler rejeneratif tıpta potansiyel kullanımlar için depo görevi görebilirler (48). Embriyonik gelişim ilerledikçe ve hücreler tanımlanmış germ tabakalarından ayrılmaya başlayınca, hücrelerin 21

28 farklılaşma kapasitelerinde düşme olacağı düşünülmüştür. Fakat gelişmekte olan organlardan elde edilen kök hücrelerinin halen rejenerasyon ve tamir kapasitesinin devam ettiği gözlenmiştir. Embriyonik kök hücrelerinin nörondan kas hücresine, belki dişe bile dönüşebileceğine dair büyük bir umut vardır. Hem laboratuar çalışmaları hem de hayvan deneyleri, bu hücrelerin kültüre edilebilir olduğunu ve neredeyse her tip hücreye dönüşebileceklerini göstermiştir. ESClerin diferansiye olma mekanizmaları henüz keşfedilememiştir fakat lokal çevre koşullarının bu konuda büyük rol oynadığı kabul edilmiştir. Bu hücrelerin, günün birinde organ transplantasyonu sırasındaki doku değişimlerinden kaynaklanan sıkıntıları hafifleteceği düşünülmektedir. İnsan kök hücreleri üzerinde yapılan çalışmalar sayesinde artık tüm organın transplante edilmesindense, kök hücrelerinin transplante edilmesine karar verilmiştir (49). Embriyolardan in vitro koşullarda alınan hücreler, yerlerine yerleştirilip, özelleştirilmemiş hücreler olarak kök hücre özelliklerini koruyabilirler. Bu bulgu ile bazı güçten düşürücü hastalıkları Alzheimer & Parkinson kök hücre terapisi ile iyileştirme umudu doğmuştur. Ancak, iki büyük sorun bu amaca ulaşılmasını engelleyebilir. Birincisi, teknik engeldir. Hücrelerin tekrar üretilebilir hale getirilmesinde ve istenen hücreye dönüştürülmesinde karşılaşılan zorluklar aşılmalıdır. Ayrıca kök hücre biyolojisi ile ilgili daha cevaplanmayı bekleyen birçok soru vardır. İkinci engel ise, kanunlar ve etiktir. Amerika Birleşik Devletleri nde ve diğer birçok ülkede federal fonların hiçbiri insan embriyonik kök hücreleri üzerine olan çalışmaları desteklememektedir. Buna rağmen, National Institute of Health ve Wisconsin Üniversitesi yaptıkları anlaşma ile sınırlı olarak kök hücre araştırmalarının kapısını açmışlardır. Teknik ve etik konuları göz ardı ederek düşünüldüğünde, bilim adamlarını iyimser olmaya yönelten şey, insan dokularındaki olgun hücrelerin de kök hücre benzeri aktivite gösterebilmesidir. 22

29 4.2. Erişkin Kök Hücreleri: Erişkin kök hücrelerinin rejeneratif potansiyeli uzun senelerdir bilinmektedir. Örneğin, olgun insan dokularından alınan hematopoetik kök hücreleri kan hücresi kökenli tüm hücrelere dönüşebilir (50). Kemik iliğinden alınan kök hücreleri de kemik kırığı olgularında ve mikrofraktürlerin tedavisinde kullanılmaktadır (51). Erişkin kemik hücrelerinin, embriyonel hücrelere nazaran daha sınırlı ölçüde yeni doku oluşturabildiği düşünülüyordu. Çünkü hematopoetik kök hücreleri sadece yeni kan hücreleri ortaya çıkarabiliyordu. Fakat son çalışmalar bunun doğru olmadığını göstermiştir. Buna göre, kan hücreleri ve türevleri ile birlikte kök hücreleri, kemik iliği kökenli olduklarında kas hücresine ve beyindeki nöron benzeri hücrelere dönüşebilirler (52). Farelerin merkezi sinir sisteminde yapılan bir çalışma göstermiştir ki, sisteme ait olgun kök hücreleri değişik sinir sistemi hücrelerine dönüşmekle birlikte kas, kan ve kalp hücrelerine de dönüşebilmiştir (53). Eğer ASClerin ESClerle aynı potansiyele sahip olduğu ispat edilebilirse, ESClerle ilgili bazı etik sorunların da üstesinden gelinmiş olunacaktır İn vivo kemik formasyonu : Erişkin bir kök hücresi insan kemik iliğinde veya farklı birçok ortamda bulunabilir. Kemik iliğinin dokusu, hematopoetik sistem ve kemik iliği stroması karışımıdır. Bu iki sistem birbirinden farklı fakat bağımsız biolojik populasyonlara sahiptir. Buna rağmen, son zamanlarda yapılan birkaç çalışma bu iki hücre populasyonu arasında doğal bir etkileşim olduğunu göstermiştir. Hematopoetik hücreler, stromal hücrelerin aktivitelerini etkiler. Stromal hücreler de hematopoetik hücrelerin farklılaşması sırasında mekanik destek sağlar. Bununla beraber, kemik iliği stroması olgun kan hücrelerinin oluşturulmasında etkili sinyalleri gönderir (54). Hematopoetik kök hücrelerinin transplantasyonu ile ilgili birçok literatüre rastlanılmasına rağmen, kemik iliği stromasının transplantasyonuna bu kadar ilgi gösterilmemiştir. 23

30 Kemik iliği in vitro olarak kültüre edildiğinde, hematopoetik sistemle ilgili olmayan bağlı hücreler prolifere olurlar ve in vivo kemik iliği stromasına özgü özellikler gösterirler. Kemik iliğinden üretilen kültüre edilmiş stroma hücrelerine kemik iliği stroma hücreleri denir(bmscs) (55). Bununla birlikte kök hücre grubunun bir alt kümesi olarak mezenşimal kök hücreleri veya iskeletsel kök hücreleri kavramları ortaya atılmıştır. Bu iki grup da multipotansiyel ve farklılaşabilme özelliklerini korumuşlardır, ki bu özellikler kök hücrelerini tanımlar. Her iki grup da kendini yenileyebilir, çeşitli fenotiplere (kemik, kıkırdak, adiposit, hematopoetik destekçisi stroma) farklılaşabilirler (56). Günümüze kadar, bu alandaki ana çalışmalar BMSClerin kemiğe dönüşebilme kapasitesi üzerine yoğunlaştırılmıştır. Böylece, in vitro olarak genişletilmiş BMSClerin, iskeletsel defektlerin tamiri ve rejenerasyonunda görevli osteojenik projenitör hücrelerine kaynak olabileceği gösterilmiştir. BMSCler doğuştan heterojen olmalarına rağmen, populasyonun plastisite özelliği eşsiz bilimsel çalışmaların yapılmasını sağlar. Bunlar, BMSClerin iskeletsel hemostazdaki rolü, genetik olarak modifiye edilmiş kök hücreleri ve otojen hücre terapilerinin kemik oluşumundaki rolü hakkında yapılan çalışmalardır. Kemik gelişimi sırasında oluşan hücre-hücre veya hücre-matrix etkileşimleri, BMSClerin böbrek kapsülü altı gibi spesifik bölgelere yerleştirildiği açık transplantasyon sistemlerinde incelenebilir. BMSClerin böbrek kapsülü transplantlarında incelenmesinin dezavantajları, teknik olarak zorlu bir cerrahi prosedür olması, sonuç olarak çok küçük doku parçaları elde edilebilir olması ve hayvan başına incelenebilecek örnek sayısının sınırlı olmasıdır. Bu limitleri aşmak için, son çalışmalar sayesinde immun sistemi baskılanmış farelerde, farklı ırk ve türlere ait hayvanların farklı anatomik bölgelerinden alınan hücrelerin çoklu transplantasyonu sağlanmıştır (57). Açık sistem transplantları için ( donör ve ev sahibi alan arasında bariyerin olmadığı durum) böbrek kapsülü altı ve subkutan sahalar gibi, transplantasyon aygıtının kullanımı ve doğası başarılı osteogenezis için altın anahtardır. Kemik iliği suspansiyonları subkutan veya intramuskuler olarak yerleşirildiğinde, BMSCler yığın 24