loading

Doku Mühendisliği: Kıkırdak Dokuda Kullanılan Biyomalzemeler


Doku Mühendisliği: Kıkırdak Dokuda Kullanılan Biyomalzemeler

Doku mühendisliği; çeşitli destekleyici malzemeler, fiziksel, kimyasal etmenler ve hücreler kullanarak, hasar görmüş ya da kaybedilmiş dokuların kendi kendini yenilemesini sağlamayı amaçlayan teknolojiler üreten mühendislik alanıdır.

Hem ülkemizde hem de yurtdışında kemik doku yenilenmesine yönelik çeşitli ürünler var. Ancak iskelet sistemindeki bir başka doku olan kıkırdak doku için durum bu kadar basit değil. Kıkırdak dokuda damarlaşma olmadığından kapsamlı iyileşmenin pek mümkün olmaması ve eklem bölgelerinde doğru esnekliği yakalamadaki zorluk, bu alanda çalışan doku mühendislerinin karşılaştığı güçlüklerin başında gelmektedir.

Biyomalzeme kullanımında kişinin sağlığı iyileştirilirken canlı doku ve organların işleyişi korunmalıdır. Bu yüzden, biyomalzeme geliştirilirken, biyolojik sistem, biyomalzeme ve bunların vücut ortamında etkileşimi üzerinde durulmalıdır. Doku mühendisliğinde, doğal kıkırdak yapısını oluşturabilmek için doğal ve sentetik bazlı biyouyumlu polimerler kullanılmaktadır.

Temel olarak, kıkırdak eklemleri için kullanılan dört tip polimer bazlı malzeme vardır, bunlar (i) doğal polimerler, (ii) sentetik polimerler, (iii) hidrojeller ve (iv) kompozitlerdir. Birçok canlı organizmalarda bulunduğu bilinen biyouyumluluğa sahip polimerler de aslında hidrojellerdir ve bazıları kompozit yapı iskeleleri olarak diğer malzemelerle kombinasyon halinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu polimerler, doğal doku yapılarını değiştirmek veya yeniden oluşturmak için kullanılabilir ve çevre dokularla pozitif hücre etkileşimlerine izin verir. Hidrojeller sentezlenebilse de, her zaman doğal olarak oluşurlar. Kompozit yapı iskeleleri, malzemelerin her birinden faydalanarak istenen özellikleri ve karakteristikleri elde etmek için iki veya daha fazla malzemenin karıştırılmasıyla oluşturulur.

Doğal polimerler, biyolojik olarak üretilen ve benzersiz işlevsel özelliklere sahip olan polimerlerdir. Proteinler (örneğin kollajen, jelatin, elastin, aktin, vb), polisakkaritler (selüloz, nişasta, dekstran, kitin, vb) ve Polinükleotidler (DNA ve RNA) başlıca doğal polimerlerdir.

En yaygın olarak kullanılan doğal polimerlerden biri kolajenler Kolajenler mekanik desteği sağlayarak bağ dokusunda doğal bir şekilde bulunur. Kollajen; suda çözünmeyen, yüksek mekanik güce sahip bir proteindir. Lifimsi ve α-heliks yapı, kollajene yüksek gerilme ve direnç sağlamaktadır. Vücutta bağ dokunun ana bileşeni olan kollajen, toplam vücut proteinlerinin yaklaşık 1/3′ünü oluşturur. Kollajen, kıkırdak dokusunda %50, kornea dokusunda %68 ve deride %74 oranında bulunmaktadır.

Jelatin, kollojenin asit veya baz hidrolizi ile üretilen biyobozunur bir doğal polimerdir. Çok sayıda fonksiyonel yan gruba sahip olan jelatin, jelleşme özelliğine sahiptir ve oldukça kolay bir şekilde çapraz bağlanabilir. Sahip olduğu bu özellikler, biyomateryal olarak kullanımı için jelatine oldukça önemli bir avantaj sağlamaktadır. Jelatin, biyouyumlu, toksik olmama, biyoetkin ve biyobozunur olma gibi özelliklere sahip olması nedeni ile önemli bir biyomedikal malzemedir.

Hyaluronik asit (HA); sinoviyal sıvı, dermis ve kıkırdak gibi özel dokularda yaygınca bulunan doğal bir şekilde oluşan diğer bir polisakkarittir. HA eklemlerde kıkırdak yapımının önemli bir parçasıdır. HA, kıkırdak hücreleri olan kondrositleri çevreler ve su tutuma potansiyeli ile eklemlere basınca karşı direnç vermektedir. Yaşla birlikte eklemlerde HA azalmaktadır.

Kitosan zayıf asitlerde çözünebildiğinden yüksek yük yoğunluğa sahip, katyonik bir polimer oluşmaktadır. Bu özelliğinden dolayı kitosan, birçok anyonik polimerle polielektrolit kompleksler oluşturabilmektedir. Kitosanın biyolojik olarak yenilenebilir olması; biyobozunur ve biyouyumlu, antijenik ve toksik olmayan özellikleri ile biyofonksiyonel yapıda olması, bu polimerin ve bu polimer kullanılarak elde edilen komplekslerin yara örtü malzemesi, ilaç dağıtım sistemleri gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılmasına olanak sağlamıştır.

Sentetik polimerler çok çeşitli biyomedikal uygulamalar için arzu edilen malzeme ve kimyasal özellikleri elde etmek üzere kontrol edilebilir kimyasal işlemlerle oluşturulur. Sentetik polimerlerin mekanik ve proliferasyon özellikleri nispeten daha öngörücü ve tekrarlanabilirdir. Doğal kıkırdak yapısını taklit etmek amacıyla kullanılan bazı sentetik polimerler şu şekildedir:

Poli(vinil alkol) (PVA), suda çözünebilen, doğrusal yapıya sahip yapay bir polimerdir. Toksik ve kanserojen olmama, mekanik olarak dayanıklı, sıcaklık ve pH kararlılığının yüksek olması gibi özelliklere sahiptir. Ayrıca su ve biyolojik sıvılarda yüksek oranda şişme özelliği göstermesi, elastik yapısı; kontak lensler, deri, yapay kıkırdak ve ilaç salınım sistemleri gibi çeşitli uygulamalarda biyomateryal olarak kullanımına olanak sağlamaktadır.

Poli(etilen glikol) (PEG), farklı amaçlarla pek çok biyomedikal uygulamada kullanılan, su ve organik çözücülerde çözünebilen yapay bir polimerdir. Biyouyumluluk, toksik özellik göstermeme ve hidrofilik olma gibi üstün fizikokimyasal ve biyolojik özellik göstermesi nedeniyle oldukça fazla ilgilenilen bir polimer olup hidrojel olarak kullanımı yaygındır.

Polilaktik asit veya polilaktit (PLA), biyolojik olarak parçalanabilen, biyolojik olarak adsorbe edilebilir, termoplastik alifatik bir polyesterdir, yani yenilenebilir kaynaklardan elde edilir. Laktik asit iki optik izomere sahiptir, L- ve D-laktik asit. PLA, vidalar, pimler, çubuklar, ortopedik cihaz şeklinde tıbbi implantlar ve bir ağ olarak kullanılmaktadır. PLA ayrıca doku mühendisliği biliminde biyobozunur ve biyouyumlu bir malzeme olarak kullanılır. Yapılan çalışmalarda kemik rejenerasyonu için kitosan (CS) kaplı poli (laktik asit) (PLA) nanofiberleri üzerinde mineralize edilmiş hidroksiapatit (HA) üretilmiştir. Sonuçları, bu kompozitin doğal kemiğin benzer yapısal, kombinasyon ve biyolojik fonksiyonlarına sahip olduğunu ve kemik için iyi bir seçim olarak yardımcı olabileceğini göstermektedir.

Polikaprolakton (PCL) biyolojik olarak uyumlu, biyolojik olarak adsorbe edilebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir bir polyesterdir. PCL, tıbbi implantlarda, dental splintlerde ve hedeflenen ilaç taşıyıcı sistemlerde kullanılmaktadır. Yapılan son çalışmalar, diğer polimerlerle kombinasyonuyla hazırlanan PCL iskelelerin, kemik ve kıkırdak rejenerasyonunda kullanılacak biyouyumlu bir iskele olduğunu göstermektedir.

Genel

Comments are disabled.