Doku Mühendisliği Uygulamaları İçin Hazırlanan Poliüretan Esaslı Üç Boyutlu Biyoçizimli Fiber Destek

  • Kimyasallar
  • Ziyaret: 3188
  • Son Güncelleme: 28-08-2013
  •  
    Share on Tumblr       
Poliüretanlar günlük yaşamımızda çok yaygın kullandığımız polimerler olmanın yanı sıra medikal alandaki uygulamalarda da önem kazanmış malzemelerdir. Belli kompozisyonda hazırlanan poliüretanların, yüksek mekanik güçte elastomerik yapıda olmaları, aşınmaya ve kimyasallara dirençli olmaları, hem kan hem doku ile çok iyi uyum sağlamaları onların medikal alanda farklı cihaz ve implantların yapımında kullanılmasını sağlamaktadır. Yapılarında mikron düzeyde bulunan ve yumuşak ve sert kısımlar diye adlandırılan faz ayırımı, tüm yapıya elastomerik özellik katar. Bu özelliklerinden dolayı poliüretanlar, kalp kapakçığı, damar, katater tüpleri, diyaliz sistemleri gibi uygulamalarının yanı sıra, hastanelerde kullanılan eldiven, örtü, kumaş gibi malzemelerin yapımında da yaygın kullanılırlar. Poliüretanlarda bulunan –NH-CO- grupları, biyolojik proteinlerde bulunan peptit bağları ile yakın olduğu için, kimyasal yapıdaki bu benzerlik poliüretanların kan temasında uyumunu sağlamakta, poliüretandan yapılan yapay damar veya kalp kapakçığı gibi devamlı kan temasında olan sistemler antitrombojenik özellik göstermektedir.

Toluendiizosiyanat ve poliol kullanılarak yapılan medikal poliüretanlar, aromatik grupların toksik etki göstermeleri neticesinde alifatik gruplar içeren izosiyanatlar ile yer değiştirmiştir. Yine de poliüretandan yapılan ve vücut içine yerleştirilecek olan cihaz ve protezlerde serbest izosiyanat gruplarının kalmaması ve kür işleminin çok iyi yapılmış olması gerekmektedir. Son senelerde gelişen ve laboratuvarda doku geliştirme konularını inceleyen ‘Doku Mühendisliği’ çalışmalarında da poliüretanlar hücre destekleri olarak yer almaktadır. Doku mühendisliği, genellikle polimerden yapılmış çok gözenekli destekler üzerinde amaca uygun hücrelerin çoğaltılması ve oluşan sistemin yaralı kısmın tedavisi amacıyla vücuda yerleştirilmesini konu alır. Bu sistemlerin özelliği, doku geliştikçe ve hasarlı bölge iyileştikçe, polimerik desteğin de belli bir hızla degrede olması ve vücut tarafından absorbe olmasıdır. Tam iyileşme durumunda, uygulama bölgesinde hiçbir yabancı cisim kalmayacak ve sadece doğal doku olacaktır. Doku mühendisliğinde hücre desteği olarak kullanılacak poliüretanların biyobozunur ve biyouyumlu olması gerekmektedir.

Bu amaçla, içinde biyouyumlu grup olarak lisin bulunan ‘lisindiizosiyanat’ ve bir diol polimeri, örneğin polikaprolakton, kullanılarak yapılan poliüretan malzemeler kullanılabilir. Laboratuvarlarımızda bu tür gözenekli poliüretan yapılar biyoçizer kullanılarak hazırlanmış, ve kemik hücreleri ile etkileşimlerine bakılmıştır. Malzemeyi sentezleyen ve destekleri hazırlayan öğrencimiz, Aysel Kızıltay bu çalışmayı FP-6 Avrupa Topluluğu ‘ExperTissues’ Projesi çerçevesinde yürütmüştür.

Desenli yapıların hazırlanmasında, poliüretan biyoçizer şırıngasına konulmuş, 105oC’ye kadar ısıtılarak eritilmiş ve basınç ile dışarı aktarılan polimer CAD/CAM programı kullanan biyoçizer tablası üzerinde tabakalar halinde ve çok düzenli olarak biriktirilmiştir. İki değişik sıralama ile biriktirilmiş olan fiber düzeninin, Taramalı Elektron Mikroskopisi ile elde edilen fotoğrafları Şekil 1’de verilmiştir. BP-B örneklerinde ikinci tabaka fiberleri kendilerinden önce olanların tam üzerinde ve her tabaka bir öncekine 90o farklı konulmuştur. BP-O örneklerinde her ikinci tabaka fiberleri kendilerinden bir önceki fiberlerin tam ortasında ve her tabaka 90o farklı yöndedirler. Fiber kalınlıkları yaklaşık 400 mikrometredir.



Poliüretan destekler üzerine kemik iliğinden elde edilen kök hücreler eklenmiş ve hücre kültür ortamında hücrelerin çoğalması ve kemik hücrelerine dönüşümü takip edilmiştir. Her iki tür yapıda da hücrelerin polimer yüzeyine yapıştığı (Şekil 2) ve destek malzemesi üzerinde kalsiyum birikiminin oluştuğu (Şekil 3), bu mineral birikimleri SEM/EDX ile incelendiğinde de yapıların kemikte bulunan hidroksiapatit yapısına çok benzer olduğu gözlenmiştir.





Poliüretanlar, yukarıda da bahsedildiği gibi medikal alanda çok farklı amaçlarla kullanıldıkları gibi, biyouyumlu ve biyobozunur poliüretanların ‘doku mühendisliği’ alanında ve hücre destekleri olarak kullanılması mümkündür. Doku desteklerinde yapının kimyasal kompozisyonu kadar, fiziksel formu, gözenekliliği, yüzeyin enerjisi ve kullanılan hücre tipleri de önem kazanmaktadır. Herhangi bir klinik uygulama öncesi malzemenin her türlü özelliğinin ve biyouyumluluğunun çok detaylı araştırılması ve tüm parametrelerinin
optimize edilmesi gerekir.


Prof. Dr. Nesrin Hasırcı
ODTÜ, Fen-Edebiyat Fakültesi
Kimya Bölümü
Disiplinlerarası Lisansüstü Biyoteknoloji, Biyomedikal Mühendisliği,
Polimer Bilim ve Teknolojisi,
Mikro ve Nanoteknoloji Programları Öğretim Üyesi
BIOMATEN, Biyomalzeme ve Doku Mühendisliği Mükemmeliyet
Merkezi