DENTAL İMPLANT ÇEVRESİNDE CERRAHİ OLARAK OLUŞTURULAN KEMİK DEFEKTLERİNDE SIĞIR KAYNAKLI LAKTOFERRİNİN KEMİK REJENERASYONUNA ETKİSİ

T.C. ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AĞIZ DİŞ ÇENE HASTALIKLARI VE CERRAHİSİ ANABİLİM DALI DENTAL İMPLANT ÇEVRESİNDE CERRAHİ OLARAK OLUŞTURULAN KEMİK DEFEKTLERİNDE SIĞIR KAYNAKLI LAKTOFERRİNİN KEMİK REJENERASYONUNA ETKİSİ Dt. Ulaş GÖRMEZ DOKTORA TEZİ DANIŞMANI Doç. Dr. Mehmet KÜRKCÜ Bu proje, Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Projeleri Birimi tarafından DHF2006D7 No lu proje olarak desteklenmiştir. Tez No:... ADANA 2008

KABUL VE ONAY FORMU Çukurova Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Ağız, Diş ve Çene Hastalıkları Cerrahisi Anabilim Dalı Doktora Programı çerçevesinde yürütülmüş olan Dental İmplant Çevresinde Cerrahi Olarak Oluşturulan Kemik Defektlerinde Sığır Kaynaklı Laktoferrinin Kemik Rejenerasyonua Etkisi adlı çalışma, aşağıdaki jüri tarafından Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Tez Savunma Tarihi : 05/09/2008 İmza Doç. Dr. Mehmet KÜRKÇÜ Çukurova Üniversitesi Jüri Başkanı İmza Prof Dr. Emin ESEN Çukurova Üniversitesi İmza Doç. Dr. Sedat ÇETİNER Gazi Üniversitesi İmza Doç. Dr. M. Cenk HAYTAÇ Çukurova Üniversitesi İmza Doç. Dr. Yakup ÜSTÜN Çukurova Üniversitesi Yukarıdaki tez, Yönetim Kurulunun.. tarih ve... sayılı kararı ile kabul edilmiştir. Prof.Dr. Halil KASAP Enstitü Müdürü

TEŞEKKÜR Bu projenin gerçekleştirilmesinde bilgi ve deneyimini esirgemeyen değerli danışman hocam Sayın Doç. Dr. Mehmet Kürkçü ye başta olmak üzere, doktora eğitimim boyunca üzerimde çok emeği bulunan değerli hocam Sayın Prof. Dr. Emin Esen e, tüm doktora hayatım boyunca değerli bilgilerini paylaşan değerli ağabeyim Sayın Doç. Dr. Yakup Üstün e, Projemizin ilaç salınım modeli aşamasındaki değerli desteklerinden dolayı Sayın Prof. Dr. Kezban Ulubayram a, Çalışmamızda kullanılan deney hayvanlarının anestezi ve bakımındaki yardımlarından dolayı Sayın Uzman Dr. Kenan Dağlıoğlu ve TIBDAM personeline, Tezimin istatistiksel analizini yapan Dr. Yaşar Tekdemir e, Çalışmamın her aşamasında yardımlarını esirgemeyen asistan arkadaşlarım Sayın Dr. Mehmet Emre Benlidayı ya, Sayın Dt. Ufuk Gürsesli ye, Sayın Dt. Ufuk Tatlı ya, Sayın Dt. Cihan Cem Gürbüz e, Sayın Dt. Serkan Güleç e, Sayın Dt. Erkan Onur Akgün e ve diğer tüm cerrahi asistanlarına, Tüm eğitim hayatım boyunca sonsuz destek ve güvenlerini hissettiğim anneme, babama ve kardeşime, Tüm içtenliğimle teşekkür ederim. iii

İÇİNDEKİLER KABUL VE ONAY ii TEŞEKKÜR iii İÇİNDEKİLER iv ŞEKİLLER DİZİNİ vii ÇİZELGELER DİZİNİ ix KISALTMALAR DİZİNİ x ÖZET xi ABSTRACT xii 1. GİRİŞ 1 2. GENEL BİLGİLER 3 2.1. Kemik İyileşmesi 3 2.1.1. Temel Kemik Biyolojisi 3 2.1.2. Kemik Hücreleri 4 2.1.3. Şekillenme ve Yeniden Şekillenme 5 2.1.4. Kemik İyileşme Mekanizmasına Genel Bakış 6 2.1.4.1. Kemik Dokusu Oluşum Modeli 7 2.1.4.2. Kemik Oluşumundaki Aşamalar 7 2.1.4.2.1. Kan Pıhtısının Oluşumu 7 2.1.4.2.2. Yaranın Temizlenmesi 7 2.1.4.2.3. Doku Formasyonu 8 2.1.4.2.4. Doku Şekillenmesi ve Yeniden Şekillenme 9 2.2. Kemik Greftleri 10 2.2.1. Uygun Kemik Greftinin Seçilme Kriterleri 11 2.2.1.1. Ortamda Kemik Oluşturan Hücrelerin Bulunması 12 2.2.1.2. Alıcı Sahanın Greftin Kanlanmasını Sağlayacak Durumda Olması 12 2.2.1.3. İyileşme Sırasında Greftin Stabil Olması 13 2.2.1.4. Fleplerin Gerilimsiz Sütüre Edilmesi 13 2.2.1.5. Karar Verme Süreci 14 2.2.1.5.1. Alıcı Sahadaki Kemik Kalitesi 14 2.2.1.5.2. Alıcı Sahadaki Kemik Miktarı 15 2.2.1.5.3. Greftin Stabilizasyonu 16 2.3. Oral Cerrahide Kullanılan Greft Materyalleri 16 2.3.1. Otojen Greftler 17 2.3.1.1. Ağız İçinde Otojen Kemik Grefti Sağlanan Bölgeler 17 2.3.1.2. Ağız Dışında Otojen Kemik Grefti Sağlanan Bölgeler 18 2.3.2. Allogreftler 18 2.3.2.1. Dondurulmuş Kurutulmuş Kemik Allogrefti 18 2.3.2.2. Demineralize Dondurulmuş Kurutulmuş Kemik Allogrefti 18 2.3.2.3. Işınlanmış Kansellöz Kemik Allogrefti 19 2.3.2.4. DBM 19 iv

2.3.3. Ksenogreftler 20 2.3.4. Alloplastlar 22 2.3.4.1. Seramikler 22 2.3.4.1.1 Sentetik Hidroksiapatit 22 2.3.4.1.2. TCP 23 2.3.4.1.3. Bioaktif Cam 23 2.3.4.1.4. Kalsiyum Karbonat 24 2.3.4.2. Kompozit Polimerler 24 2.3.4.2.1. Rezorbe Olanlar 24 2.3.4.2.2. Rezorbe Olmayanlar 24 2.3.4.3. Kalsiyum Sülfat 24 2.4. Yönlendirilmiş Kemik Rejenerasyonunun Bilimsel Altyapısı 25 2.4.1. Yönlendirilmiş Doku Rejenerasyonu Prensibi 26 2.4.2. Kemik Rejenerasyonu için Membran Tekniğinin Ortaya Çıkması 26 2.4.3. Yönlendirilmiş Kemik Rejenerasyonu Mekanizması 27 2.5. Yönlendirilmiş Kemik Rejenerasyonunda Kullanılan Biyomateryaller 27 2.5.1. Rezorbe Olmayan Rejeneratif Bariyerler 28 2.5.1.1. eptfe 28 2.5.1.2. Nanopolitetrafloroetilen 28 2.5.1.3. Titanyum 28 2.5.1.4. Kombinasyon 28 2.5.2. Rezorbe Olan Bariyer Membranlar 29 2.5.2.1. Doğal Rejeneratif Bariyerler 29 2.5.2.2. Sentetik Rejeneratif Bariyerler 29 2.6. Maksillofasiyal Kemik Rejenerasyonunda Kullanılan Büyüme Faktörleri 30 2.6.1. PDGF 30 2.6.2. IGF 31 2.6.3. TGFβ 32 2.6.4. BMP 33 2.6.5. PRP (Trombositten Zengin Plazma) 34 2.7. Laktoferrin 34 2.7.1. Yapısal Özelliği, Biyosentezi, Doku Dağılımı ve Katabolizması 35 2.7.2. Laktoferrinin Fonksiyonları 36 2.7.2.1. Laktoferrin ve Demir Metabolizması 36 2.7.2.2. Laktoferrinin Antimikrobiyal İşlevi 36 2.7.2.2.1. Antibakteriyel İşlevi 36 2.7.2.2.2. Antiviral Aktivite 37 2.7.2.3. Laktoferrin ve Enflamasyon 38 2.7.2.4. Laktoferrin ve Tümorogenezis 38 2.7.2.5. Bağışıklık Düzenleyici Aktivitesi 38 2.7.3. Laktoferrin ve Kemik 39 2.7.3.1. Laktoferrinin Osteoblast Proliferasyonu ve Diferensiasyonu Üzerine Etkisi 39 2.7.3.2. Laktoferrinin Osteoklastogenezis Üzerine Etkileri 40 v

2.8. Dental İmplant Çevresinde Cerrahi Olarak Oluşturulan Kemik Defektleri 41 2.9. Kemik Defektlerinin İyileşmesinde Kullanılan Kontrollü Salınım Yöntemleri 43 3. GEREÇ ve YÖNTEM 46 3.1. Laktoferrin Yüklenmiş Jelatin Mikrokürelerin Hazırlanması 46 3.2. Cerrahi Yöntem 47 3.3. Histolojik Değerlendirme ve Histomorfometri için Kesitlerin Hazırlanması 56 3.4. Verilerin İstatistiksel Analizi 61 4. BULGULAR 62 4.1. Histolojik Analiz 62 4.2. Histomorfometrik Analiz 67 5. TARTIŞMA 72 6. SONUÇLAR ve ÖNERİLER 81 7. KAYNAKLAR 82 8. ÖZGEÇMİŞ 100 vi

ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Kemik çok çekirdekli ünitesini (BMU) gösteren iliak kemikten alınan histolojik bir kesit 21. OC: osteoklast, OB: osteoblast, OS: osteoid, V: vasküler yapılar, RL: reversal line, LB: lameller kemik 5 Şekil 2.2 Örgü kemikten lameller kemiğe dönüşümü simgeleyen şema 21 PO: primer osteonlar, OC: osteoklastlar, V: vasküler yapılar, OB: osteoblastlar, SO: sekonder osteonlar 10 Şekil 3.1 Sığır kaynaklı laktoferrin yüklü mikrokürelerin SEM (scanning electron microscope) görüntüsü 46 Şekil 3.2 Jelatin mikrokürelerin degradasyonunu gösteren grafik 47 Şekil 3.3 Operasyon sahasının hazırlanması ve insizyon dizaynı 48 Şekil 3.4 Tam kalınlık mukoperiosteal insizyonun tamamlanması 48 Şekil 3.5 9 mm çapındaki trephine frez ile eşboyutlu defektlerin açılması 49 Şekil 3.6 Hazırlanan defektlere implantların yerleştirilmesi 50 Şekil 3.7 A: Boş defekt, B: Greftlenmiş defekt 51 Şekil 3.8 Gode içerisinde fotoğrafa göre üstte jelatin mikroküreler, altta sığır kaynaklı granül HA greft 52 Şekil 3.9 Laktoferrin yüklenmiş jelatin mikroküre ve greft karışımı ile doldurulan defektlerin görüntüsü 53 Şekil.3.10 22x22 mm boyutlarındaki kollajen membranla defektlerin örtülmesi 53 Şekil 3.11 Uygulanan cerrahi yöntemin şematik görüntüsü 55 Şekil 3.12 Vakumlu dehidratasyon ve infiltrasyon ünitesi 56 Şekil 3.13 Işıklı polimerizasyon ünitesi 57 Şekil 3.14 Örnekleri lama yapıştırma ünitesi 57 Şekil 3.15 Hassas kesme cihazı 58 Şekil 3.16 Mikro aşındırma yüzeyi 58 Şekil 3.17 Histomorfometrik ölçümlerin yapıldığı analiz alanı 59 Şekil 3.18 Histomorfometrik analiz istasyonu 59 Şekil 3.19 10 haftalık iyileşme sonunda greft grubunda koronal bölümü vii

gösteren bir kesit. G: rezorbe olmadan kalan greft partikülü, YOK: yeni oluşan kemik. Toulidine mavisi, 4x 62 Şekil 3.20 10 haftalık iyileşme sonunda laktoferrin grubunda koronal bölümü gösteren bir kesit. G: rezorbe olmadan kalan greft partikülü, YOK: yeni oluşan kemik. Toulidine mavisi, 4x 63 Şekil 3.21 10 haftalık iyileşme sonunda boş defekt grubunda koronal bölümü gösteren bir kesit. YOK: yeni oluşan kemik. Toulidine mavisi, 4x 63 Şekil 3.22 Boş defekt grubundaki implantın bazal kemik içerisindeki apikal kısmını gösteren histolojik görüntü. BK: Bazal kemik. Toulidine mavisi, 4x 64 Şekil 3.23 Greftt grubundaki implantın bazal kemik içerisindeki apikal kısmını gösteren histolojik görüntü. BK: Bazal kemik. Toulidine mavisi, 4x 65 Şekil 3.24 Laktoferrin grubundaki implantın bazal kemik içerisindeki apikal kısmını gösteren histolojik görüntü. BK: Bazal kemik, YOK: Yeni oluşan kemik. Toulidine mavisi, 4x 65 Şekil 3.25 Laktoferrin grubunda implantın tepesine doğru kemik yapımı olduğu görülüyor. YOK: Yeni oluşan kemik. Toulidine mavisi, 4x 66 Şekil 3.26 Total sert doku yüzdesi; laktoferrin grubu ile diğer iki grup arasındaki farklar istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0.001). 67 Şekil 3.27 Defekt içinde rezorbe olmadan kalan (rezidüel) greft yüzdesi; fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0.001). 68 Şekil 3.28 Yeni oluşan kemik yüzdesi; laktoferrin grubu ile diğer iki grup arasındaki farklar istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0.001). 69 Şekil 3.29 İmplantın tüm boyundaki kemik implant kontağı yüzdeleri; laktoferrin grubu ile diğer iki grup arasındaki farklar istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p=0.017). 70 viii

ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 3.1 Çalışma grupları 55 Çizelge 3.2 Tüm gruplardaki total sert doku, rezidüel greft ve yeni oluşan kemik yüzdeleri 68 Çizelge 3.3 Tüm gruplardaki KİK yüzdeleri 70 ix

KISALTMALAR DİZİNİ blf BMP DBM DFDBA eptfe FDBA FGF GM hlf IGF im iv KİK LF MRSA MSC PDGF PRP PTH rhbmp SLA TCP TGF TRAP YKR : Sığır kaynaklı laktoferrin : Kemik morfojenik proteini : Demineralize kemik matriksi : Demineralize dondurulmuş kurutulmuş kemik allogrefti : Genişletilmiş politetrafloroetilen : Dondurulmuş kurutulmuş kemik allogrefti : Fibroblast büyüme faktörü : Jelatin mikroküre : İnsan kaynaklı laktoferrin : İnsülin benzeri büyüme faktörü : İntramuskuler : İntravenöz : Kemik implant kontağı : Laktoferrin : Metisiline dirençli Stafilococcus aureus : Mezenşimal kök hücre : Platelet kaynaklı büyüme faktörü : Trombositten zengin plazma : Paratiroid hormon : Rekombinant kemik morfojenik proteini : Kumlanmış ve asitle pürüzlendirilmiş : Trikalsiyum fosfat : Dönüştürücü büyüme faktörü : Tartrat rezistant asit fosfataz : Yönlendirilmiş kemik rejenerasyonu x

ÖZET Dental İmplant Çevresinde Cerrahi Olarak Oluşturulan Kemik Defektlerinde Sığır Kaynaklı Laktoferrinin Kemik Rejenerasyonuna Etkisi Çekim soketlerine anında implant yerleştirilmesi hastaların toplam tedavi sürelerini kısaltmaktadır. Deneysel hayvan modellerinde cerrahi olarak oluşturulan kemik defektleri çekim soketini temsil etmektedir. Bu defektlerin tedavisinde farklı cerrahi teknikler, biyomateryaller ve anabolik ajanların başarısı değerlendirilmiştir. Son yıllarda yapılan temel bilimsel ve deneysel hayvan çalışmaları özellikle bazı anabolik ajanların kemik rejenerasyonuna etkisi üzerine yoğunlaşmıştır. Ancak laktoferrinin dental implant çevresindeki kemik defektlerinde kemik rejenerasyonu üzerine etkisi ile ilgili herhangi bir çalışma yapılmamıştır. Bu çalışmanın amacı blf (sığır kaynaklı laktoferrin) ile yüklenmiş GM (jelatin mikroküreler) ve sığır kaynaklı HA (hidroksiapatit) karışımının dental implant çevresinde cerrahi olarak oluşturulan kemik defektlerinde kemik rejenerasyonu üzerine etkinliğinin değerlendirilmesidir. Deneysel çalışmamızda, 12 adet evcil domuz kullanılmıştır. Ağız dışı girişimle frontal kemiğin alın bölgesine her hayvanda 2 adet olacak şekilde toplam 24 eşboyutlu kemik defektleri oluşturulmuştur. Defektler, 9 mm çapında ve 4 mm derinliğindedir. Tüm defektlerin tam ortasına dental implantlar yerleştirilmiştir. Sekiz hayvanda, defektlerin biri 0.3 cc sığır kaynaklı HA ile doldurulurken diğer defekt boş bırakılmıştır. Kalan 4 hayvanda defektlerin hepsi blf yüklenmiş GM ve sığır kaynaklı HA ile doldurulmuştur. Tüm defektler kollajen membran ile örtülmüştür. Tüm hayvanlar 10 haftalık iyileşme periyodu sonunda sakrifiye edilmiştir. İmplantlar çevrelerindeki defektlerle birlikte en bloc şekilde çıkarılmıştır. Histomorfometrik analiz için undekalsifiye kesitler hazırlanmıştır. Veriler istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Sonuç olarak, 3 mg blf ile yüklenmiş GM ve sığır kaynaklı HA karışımı dental implant çevresinde cerrahi olarak oluşturulan defektlerde kemik rejenerasyonunu ve osseoentegrasyonu istatistiksel olarak anlamlı şekilde arttırmıştır. Ayrıca GM ilaç iletim sisteminin, blf nin kontrollü salınımı için iyi bir seçenek olduğu görülmüştür. Anahtar kelimeler: sığır kaynaklı laktoferrin, kontrollü salınım, histomorfometri, implant, çevresel defekt xi

ABSTRACT The Effect of Bovine Lactoferrin on Bone Regeneration in Surgically Created Bone Defects around Dental Implants Immediate placement of dental implants into fresh extraction sockets decreases the total treatment time for patients. Surgically created bone defects around dental implants simulate fresh extraction sockets in experimental animal models. The success of various surgical technics, biomaterials and anabolic agents has been evaluated in treatment of such defects. In recent years, basic science and experimental animal studies have exclusively focused on the bone regeneration effect of some anabolic agents. The bone regeneration effect of lactoferrin in surgically created bone defects around dental implants has not been evaluated yet. The aim of this experimental study is to evaluate bone regeneration effect of bovine lactoferrin (blf) loaded gelatin microspheres (GM) and anorganic bovine bone mixture in surgically created bone defects around dental implants. In our experimental study, 12 adult domestic pigs were used. Twenty four uniform bone defects were created at the forehead region of frontal bone via extraoral approach. The size of the defects was 9 mm in diameter and 4 mm in depth. Twenty four dental implants were placed at the center of the surgically created uniform defects. In eight animals one of these defects was filled with 0.3 cc bovine derived HA while the other was left empty. In the remaining four animals, all defects were filled with blf loaded GM and anorganic bovine bone mixture. All defects were covered with collagen membranes. All animals were sacrified after 10 weeks of healing period. The implants with surrounding bone defects were removed en bloc. Undecalcified sections were prepared for histomorphometric analysis. The data were analyzed statistically. As a conclusion, combination of 3 mg blf loaded GM and anorganic bovine bone promote bone regeneration and osseoentegration in the large defects around dental implants. In addition, GM drug delivery system is favourable preference for controlled release of blf. Key words: bovine lactoferrin, controlled release, histomorphometry, implant, circumferentialdefects. xii

1.GİRİŞ Diş kayıplarına bağlı oluşan dişsiz alveoler kretlerin protetik rehabilitasyonu amacıyla saf titanyum implantların kullanılmasının ilk bilimsel dayanağı 1969 yılında Branemark et al. ın 1 yayınladıkları rapordur. Yayınlanan bu ilk rapordan 7 yıl sonra ortaya çıkan ilk histolojik kanıt, undekalsifiye kesitlerde kemik implant kontağının gösterilmiş olmasıdır 2. Bu kanıt osseoentegrasyon olarak tanımlanmıştır 3. Aradan geçen yıllar içinde dental implantlar parsiyel ve total dişsiz hastaların fonksiyonel ve estetik beklentilerine cevap verir hale gelmiştir. Hastaların dişsiz kalma periyotlarını kısaltmak amacıyla yapılan deneysel ve klinik çalışmalar implant materyali, kemik greftleri, bariyer membranlar ve kemik fizyolojisi üzerinde yoğunlaşmıştır. Kullanılan implant materyallerinin yüzeyleri pürüzlendirilerek osseontegrasyon alanları arttırılmaktadır 4-7. Son yıllarda ortaya çıkan asit ve kum ile pürüzlendirilmiş yüzeyli dental implantların başarılı sonuçları bildirilmiştir 8,9. Diş çekiminin hemen ardından çekim soketine yerleştirilen yüzeyi pürüzlendirilmiş implantların KİK (kemik implant kontağı) yüzdesini arttırdığı bilinmektedir 10-12. Çekim soketine simültane olarak yerleştirilen implantların çevresinde meydana gelen biyolojik mekanizmayı daha iyi anlayabilmek için deney hayvanlarında implant çevresinde kemik defektinin cerrahi olarak oluşturulduğu modeller üzerinde çalışılmaktadır 13. Dental implant çevresindeki defektlerde kemik oluşumunu arttırmak için rezorbe olabilen kollajen membranlardan rezorbe olmayan bariyer membranlara kadar pek çok materyal kullanılmaktadır 14-17. Bariyer membranlarla birlikte çeşitli kemik greftleri kullanılarak implant çevresindeki defektlerin rejenerasyonu hedeflenmiştir 18. Kemik oluşumunu daha optimum düzeylere çıkarmak, osseoentegrasyon süresini kısaltmak için rhbmp2 (rekombinant kemik morfojenik proteini) 19, MSC (mezenşimall kök hücre) 20, PTH (paratiroid hormon) 13 gibi anabolik ajanlar kullanılmıştır. Çalışmamızda dental implant çevresinde cerrahi olarak oluşturulan defektlerde sığır kaynaklı HA (hidroksiapatit) kemik grefti ve sığır kaynaklı laktoferrinin kemik iyileşmesi ve implantın osseoentegrasyonu üzerine etkisi incelenmiştir. Çalışmamızda daha önce bazı araştırmacılar tarafından kullanılan cerrahi yöntem benimsenmiştir. 1

Araştırmamız, implant çevresinde oluşturulan defektlerde sığır kaynaklı laktoferrinin kemik rejenerasyonu üzerine etkinliğinin araştırılması bakımından orjinaldir. Araştırmamızda kullanılan deney hayvanlarının cerrahi öncesi hazırlık, cerrahi ve cerrahi sonrası dönemleri Çukurova Üniversitesi Tıbbi Bilimler Deneysel Araştırma ve Uygulama Merkezinde gerçekleştirilmiştir. Sığır kaynaklı laktoferrinin kontrollü yavaş salınım metodu için jelatin mikrokürelere yükleme işlemi Hacettepe Üniversitesi Eczacılık Fakültesi nde, dekalsifiye edilmemiş histolojik örneklerin hazırlanması ve analiz işlemi Çukurova Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Sert Doku Araştırma Laboratuvarı nda yapılmıştır. 2

2. GENEL BİLGİLER 2.1. Kemik İyileşmesi Embriyogenez sırasında maksilla ve mandibulanın alveoler kemiği primer bağ dokusu içerisinde meydana gelir. İntramembranöz olarak tanımlanan bu oluşum kraniyal kubbe ve uzun kemiklerin orta şaftlarında da görülür. İskeletin diğer bölümlerindeki kemik oluşumu ise kartilaj depozisyonu ve meydana gelen kartilajın kemikle yer değiştirmesi şeklinde oluşur. Bu tip kemikleşmeye endokondral kemikleşme adı verilir 21. Alveoler kemik kaybı hastalık, travma ya da diş çekimi sonrası meydana gelebilir. Bu durum rekonstrüktif ve implant tedavisinde bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Alıcı bölgenin uygun kemik boyutlarını taşımaması implant cerrahisinin ertelenmesine neden olabilir. Kemik boyutlarında yetersizlik olan bu bölgelerde çeşitli rejeneratif tedavilerle yeni kemik oluşturmak gerekebilir. Uygulanan farklı rejenarasyon metodlarının farklı mekanizmaları olabilir. Ancak hepsinin dayandığı ilke kemik biyolojisi prensipleridir. 2.1.1. Temel Kemik Biyolojisi Kemik, mineralize organik matriks ile karakterize özelleşmiş bir bağ dokusudur. Kemiğin organik matriksi kollajen, kollajen olmayan proteinler ve proteoglikanlardan oluşur. Bu matriks içinde kalsiyum ve fosfat iyonları uygun formda dizilerek HA yı oluşturur. Bu bileşim kemik dokusunun (1) yüke direnç göstermesini; (2) duyarlı organların dış kuvvetlerden korunmasını ve (3) vücut hemostazının devamlılığını sağlayan minerallerin katılmasını sağlar 21. 3

2.1.2. Kemik Hücreleri Osteoblastlar kemik oluşumundan sorumlu hücrelerdir. Organik matriks komponentlerinin sentezlenmesi ve matriks mineralizasyonunun kontrolü öncelikli görevleri arasındadır. Osteoblastlar kemik yüzeylerine yerleşerek aktif matriks depozisyonu yaparlar. Bu görevi sırasında iki farklı hücreye farklılaşabilir. Bunlar kemiği sınırlandıran hücreler ve osteositlerdir. Kemiği sınırlandıran hücreler sentezleme aktivitesi göstermeyen ve kemik dokusu yüzeyini saran uzamış hücrelerdir. Osteositler ince selüler yapıyla diğer kemik hücrelerine bağlanan mineralize kemik matriksi içine yerleşmiş yıldız şekilli hücrelerdir. Osteositler, hücreler ve kemik dokunun hücresel olmayan bölümüyle geniş temas alanı oluşturacak şekilde organize olur. Bu düzenleme sayesinde (1) kan-kalsiyum hemostazının düzenlenmesi; (2) mekanik yükün algılanması ve (3) bu bilginin kemik içindeki diğer hücrelere iletilmesi gibi işlevleri yerine getirir. Osteoblastlar tamamen farklışlaşmış hücrelerdir. Migrasyon ve proliferasyon kapasitesinden yoksundur. Herhangi bir bölgede kemik oluşumunun meydana gelmesi için farklılaşmamış mezenşimal progenitör hücreler (osteoprogenitör hücreler) ilgili bölgeye göç etmeli ve osteoblasta dönüşmek için prolifere olmalıdır. Freidenstein 22 osteoprogenitör hücreleri belirlenmiş ve indüklenebilir osteojenik prekürsör hücreler olarak ikiye ayırmıştır. Belirlenmiş osteoprogenitör hücreler kemik iliğinde, endosteumda ve periostta bulunur 21. Bu hücreler osteoblastlara prolifere olma ve farklılaşma kapasitesine sahiptirler. Diğer taraftan indüklenebilir osteojenik prekürsör hücreler spesifik uyarana maruz kaldığında kemik oluşturan hürelere dönüşen mezenşimal hücrelerin temsilcisidir. Osteogenezis sürekli olarak vasküler doku büyümesi ile ilişkili olduğu için yıldız şekilli perivasküler hücreler (perisit) asıl osteoprogenitör hücreler olarak düşünülebilir 21. Osteoprogenitör hücrelerden osteoblast gelişimi ve farklılaşması BMP; insulin benzeri büyüme faktörü (IGF); platelet kaynaklı büyüme faktörü (PDGF); fibroblast büyüme faktörü (FGF) gibi büyüme faktörlerine bağlıdır 21. Kemik oluşumu aktivitesi osteoklastlar tarafından düzenlenen kemik rezorpsiyonu süreci ile birlikte gelişir. Osteoklastlar hemopoietik prekürsör hücrelerden köken alan çok çekirdekli hücrelerdir. 4

2.1.3. Şekillenme ve Yeniden Şekillenme Kemik oluşumu sırasında yeni mineralize doku, rezorpsiyon ve apozisyon süreçleri ile yeniden şekillenerek oluşur. Şekillenme oluşan ilk kemik yapısının değişmesine olanak sağlayan süreci ifade eder. Yük gibi eksternal kuvvetlerin kemik dokudaki şekillenmeyi başlattığı öne sürülmektedir. Yeniden şekillenme ise doku yapısında herhangi bir değişiklik olmaksızın mineralize kemiğin değişmesi sürecidir. Yeniden şekillenme özellikle kemik oluşumunda eski kemik ile yeni kemik yerdeğiştirdiğinde önemlidir. Kemik oluşumu sırasında düşük yük taşıma kapasitesine sahip primer kemik (örgü kemik) ile yüke direnci yüksek lameller kemiğin yerdeğiştirmesi sürecini yeniden şekillenme sağlar. Kemik yeniden şekillenmesi mekanizması temelde iki süreçten oluşur: Bunlar kemik rezorpsiyonu ve kemik apozisyonudur. Bu biribirinden ayrılmaz iki süreç kemik çok hücreli ünitesini oluşturur (şekil 2.1). Şekil 2.1 Kemik çok çekirdekli ünitesini gösteren iliak kemikten alınan histolojik bir kesit 21. OC: osteoklast; OB: osteoblast; OS: osteoid;v: vasküler yapılar; RL:reserval line; LB: lameller kemik Kemik çok çekirdekli ünitesi yeni oluşan kemik yüzeyi çevresinde osteoklastlar (rezorpsiyon bölümü), damar ve perisitlerden oluşan bölüm ve yeni oluşan organik matriks üzerinde osteoblast tabakası (depozisyon bölümü) dan oluşur. Lokal uyaran olarak paratiroid hormon, büyüme hormonu, leptin ve kalsitonin gibi hormonların salınımı kemik yeniden şekillenmesinin kontrolünde rol oynar. Şekillenme ve yeniden şekillenme hayat boyu devam ederek kemiğin iç ve dış gereksinimlere adapte olmasını sağlar. 5

2.1.4. Kemik İyileşmesi Mekanizmasına Genel Bakış Yaralanan bir dokunun iyileşmesi sırasında orijinal dokuya yapısal ve işlevsel olarak benzemeyen bir doku oluşur. Bu şekildeki iyileşmeye tamir denir. Doku rejenerasyonu terimi ise yapı ve fonksiyonun tamamen restorasyonunu ifade eder 21. Kemik dokusunun iyileşmesi yaralanmanın karakterine göre hem rejenerasyon hem de tamir sürecini kapsar. Söz gelimi uygun şekilde stabilize edilmiş dar kemik fraktürü (yeşil dal kırığı) rejenerasyon şeklinde iyileşirken geniş kemik içi defektler genellikle tamir prosesi ile iyileşir. Yaralanma sonrası kemik dokusunun iyileşmesini engelleyen belli faktörler vardır: * Yaranın içine prolifere olan damarlardaki hasar * Defekt içindeki pıhtı ve granülasyon dokusunun uygun olmayan stabilizasyonu * Yüksek proliferatif aktiviteli osseöz olmayan dokunun defekt içine büyümesi * Bakteriyel kontaminasyon Yara iyileşmesi 4 fazdan oluşur: * Kan pıhtısı * Yaranın temizlenmesi * Doku oluşumu * Doku şekillenmesi ve yeniden şekillenmesi Bu fazlar genellikle düzenli olarak gelişir. Ancak yaranın belli bölümlerinde doku şekillenmesi devam ederken diğer bir alanda doku oluşumu henüz tamamlanmamış olabilir. 6

2.1.4.1. Kemik Dokusu Oluşum Modeli Alveoler kemikteki defekt iyileşmesinin prototipi çekim soketi olabilir. Boş çekim soketi önce kan ile dolar ve pıhtı oluşur. İnflamatuar hücreler yara bölgesine göç ederek yarayı temizler. Vasküler doku ve mezenşimal hücreler pıhtı ve granülasyon dokusuna penetre olur. Granülasyon dokusu kademeli olarak bağ dokusu ile yerdeğiştirir ve yeni kemik oluşumu başlar. Daha sonra soket kademeli olarak örgü kemikle dolar. Şekillenme ve yeniden şekillenme ile lameller kemik ve kemik iliğine dönüşür. 2.1.4.2. Kemik Oluşumundaki Aşamalar 2.1.4.2.1. Kan Pıhtısının Oluşumu Çekimden hemen sonra kesilmiş kılcal damarlardaki kan kaviteyi doldurur. Damarlardan gelen proteinler ve hasar görmüş hücreler fibrini meydana getirir. Plateletler agrege olur. Oluşan pıhtı hasar görmüş kılcalları tıkar ve kanamayı durdurur. Kan pıhtısı hücresel hareketi yönlendiren fiziksel matriks gibi davranır. Aynı zamanda iyileşme süreci için gerekli olan maddeleri de bünyesinde barındırır. Pıhtının içerdiği maddeler mezenşimal ve inflamatuar hücrelere etki eder. Bu maddeler değişik tipteki hücrelerin proliferasyon, farklılaşma ve sentetik aktivitesini tetikler. Kan pıhtısı iyileşmenin bu ilk fazında çok kritik olduğu gibi ortadan kaybolması da yeni dokunun oluşumu açısından gereklidir. Diş çekiminden birkaç gün sonra kan pıhtısı yıkılır. Fibrinolizis başlar. 2.1.4.2.2. Yaranın Temizlenmesi Nötrofiller ve makrofajlar yara bölgesine göç eder. Doku formasyonu başlamadan yara bölgesini temizler. Sahneye ilk çıkan nötrofiller yerini makrofajlara bırakır. Makrofajlar sadece yaranın temizlenmesinde rol oynamazlar. Bunun yanında pek çok büyüme hormonu ve sitokinler makrofajlar tarafından ortama salınır. Ortama salınan bu maddeler daha sonra mezenşimal hücrelerin migrasyon, proliferasyon ve farklılaşmasını tetikler. Debris uzaklaştırıldıktan ve yara steril hale geldikten sonra nötrofiller programlı hücre ölümüne uğrarlar. Nekrotik dokular makrofajlar tarafından ortamdan uzaklaştırılırlar. Bu görevden sonra makrofajlar yara alanında azalmaya başlar. 7

Çekim soketinde yara yüzeyindeki travmatize kemiğin bir kısmı nekroze olarak osteoklastlar tarafından ortamdan uzaklaştırılır. Bu bakımdan osteoklastlar yara iyileşmesinin temizleme fazında da görev alır. 2.1.4.2.3. Doku Formasyonu Kemik iliğinden yaraya göç eden mezenşimal ve fibroblast benzeri hücreler hücre dışı konumda matriks komponentlerini prolifere ve depo ederler. Bu durumda yeni bir doku (granülasyon dokusu) kan pıhtısı ile yer değiştirir. Granülasyon dokusu iki bölüme ayrılır: (1) erken granülasyon dokusu, (2) geç granülasyon dokusu. Erken granülasyon dokusu çok sayıda makrofaj, az miktarda mezenşimal hücre, küçük miktarlarda kollajen lifler ve yeni filizlenen kılcallardan meydana gelir. Geç granülasyon dokusu ise az miktarda makrofaj, çok miktarda fibroblast benzeri hücre ve konnektif matriks içindeki yeni oluşan kan damarlarını içerir. Fibroblast benzeri hücreler büyüme faktörleri salmaya, prolifere olmaya ve yeni hücre dışı matriks depolamaya devam eder. Bu matriks yeni hücrelerin içine büyümesine ve dokunun farklılaşmasına rehberlik eder. Yeni oluşan damarlar, yeni dokudaki hücrelerin sayısının artması için gerekli olan oksijen ve besinleri sağlar. Bu mezenşimal hücreler tarafından oluşturulan yoğun matriks komponenti sentezine fibroplazi; yeni damarların meydana gelmesine anjiogenezis denir. Fibroplazi ve anjiyogenezis ile geçici bağ dokusu yapılmış olur. Geçici bağ dokusunun kemik dokusuna dönüşmesi vasküler yapılar sayesinde olur. Osteoprogenitör hücreler (perisitler) kılcalların çevresine göç ederek burada toplanırlar. Osteoblastlara farklılaştıktan sonra kollajen lif matriksi oluştururlar. Bu proses sonucunda örgü kemik oluşur. Osteoidler oluştuktan sonra matriksin merkezinde mineralizasyon prosesi başlar. Osteoblastlar osteoidler üzerinde sıralanmaya devam ederler. Matrikse gömülen hücreler osteositlere dönüşür. Bu noktada yeni oluşan kemiğe wowen (örgü) kemik denir. Örgü kemik ilk oluşan kemik tipidir. Şöyle karakterize edilebilir: * Kılcallar boyunca hızlı bir depozisyon vardır. * Organizasyon yönünden zayıf kollajen matrikse sahiptir. * Mineralize matrikse gömülmüş çok sayıda osteoblasta rastlanır. * Yük taşıma kapasitesi azdır. 8

Örgü kemik yeni oluşan kılcal damarlar boyunca parmaksı yapılar şeklinde görülür. Örgü kemiğin trabekülü kılcal damarları çevreleyecek şekilde oluşur. Yeni örgü kemik yapıldıkça trabekül kalınlaşmaya başlar ve primer osteonlar meydana gelir. Depozisyonla birlikte örgü kemik yüke dirençli hale gelmeye başlar. Oluşan bu yeni yapıya paralel lifli kemik adı verilir. 2.1.4.2.4. Doku Şekillenmesi ve Yeniden Şekillenmesi Yeni kemiğin oluşumunun ilk safhaları oldukça hızlıdır. Bir kaç hafta içinde çekim soketi örgü kemik ile dolar. Bu dokuya primer spongiyoz kemik denir. Örgü kemik; (1) stabil bir taşıyıcı yapı, (2) sert bir yüzey, (3) osteoprogenitör hücre kaynağı, (4) matriks mineralizasyonu ve hücre fonksiyonu için kanlanmayı sağlama gibi öncelikli görevler üstlenir. Örgü kemik primer osteonları ile birlikte kademeli olarak lameller kemik ve kemik iliği ile yer değiştirir. Yeniden şekillenme prosesinde primer osteonlar sekonder osteonlara dönüşür. Örgü kemik osteoklastik aktivite ile belli bir seviyeye kadar rezorbe olur. Bu rezorpsiyon seviyesine geri dönüşüm çizgisi (reversal line) denir. Bu çizgi aynı zamanda sekonder osteonların yapılması ile yeni kemiğin oluşmuya başladığı yerdir. Şekillenme ve yeniden şekillenme prosedürleri erken başlayabileceği gibi örgü kemiğin kemik iliği ve lameller kemikle yer değiştirmesi aylar sürebilir (Şekil 2.2). 9