45S5 bileşimine sahip ve bakır katkılı biyoaktif camlardan üç boyutlu kompozit yapı iskelesi üretimi ve karakterizasyonu

Kemik doku mühendisliği; hastalık, kaza ve travma gibi herhangi bir nedenle hasar görmüş organ ve dokuların onarılması, değiştirilmesi ya da yenilenmesini amaçlayan bir bilim dalıdır. Kemik dokunun onarılması ve fonksiyonel hale getirilmesi amacıyla kemik mineralinin yapısını taklit eden ve hücreye uyum sağlayan üç boyutlu yapı iskeleleri hazırlanmaktadır. Yapı iskelelerinin üretiminde biyomalzemeler, metaller, seramikler, polimerler ve kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Bunlar arasında biyolojik olarak kullanılan seramikler (biyoseramikler) sınıfına giren biyoaktif camlar dikkat çekmektedir. Bileşiminde temel olarak silisyum, sodyum, kalsiyum ve fosfat bulunan biyoaktif camlar biyouyumluluğu, biyoaktivitesi, osteoüretkenliği ve osteokondüktifliği yüksek olan biyomalzemelerdir. Biyoaktif camlardan üretilen yapı iskeleleri, canlı vücuda yerleştirildiğinde yüzeylerinde hidroksiapatit tabakası oluşturarak kemik dokusunun etrafında güçlü bağlar kurabilmektedir. Biyoaktif camların yapılarına bakır (Cu+2), stronsiyum (Sr+2), magnezyum (Mg+2), çinko (Zn+2) ve gümüş (Ag+1) gibi iyonlar katılarak fonksiyonel özelliklerinin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi amacıyla çok çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bunlar arasında bakır, kemik oluşumunu ve anjiyojenez kapasitesini artırdığı bilinen, düşük fiyatlı kemik doku mühendisliği için dikkat çeken önemli bir iyondur. Bu çalışmada, 45S5 (bileşimi ağırlıkça; %45 SiO2, %24.5 Na2O, %6 P2O5, %24.5 CaO) ve bakır katkılı (bileşimi ağırlıkça; %45 SiO2, %24.5 Na2O, %6 P2O5, %22.5 CaO, %2 CuO) biyoaktif camlar esas alınarak üç boyutlu yapı iskelesi üretimi gerçekleştirilmiştir. Biyoaktif camların üretiminde klasik ergitme yöntemi kullanılmıştır. Üretilen camların, camsı geçiş ve kristalizasyon sıcaklıklarının tespit edilmesi için DTA, yapılarındaki amorf ve kristal fazların belirlenmesi için XRD ve sahip oldukları kimyasal bağların araştırılması için de FTIR analizleri uygulanmıştır. DTA analizi sonucunda tespit edilen kristalizasyon sıcaklıklarının yapı iskelesi üretimi için uygun olduğu belirlenmiştir. XRD ve FTIR analizleri sonucunda, camların amorf yapıda olduğu tespit edilmiş ve bakır katkısı ile camsı yapıda belirgin bir farklılık oluşmadığı gözlenmiştir. Üretilen camlardan, polimer sünger kopyalama yöntemi kullanılarak üç boyutlu yapı iskelelerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Biyoaktivite ve biyobozunurluk davranımlarının iyileştirilmesi için yapı iskeleleri doğal bir polimer olan aljinat (ağırlıkça %1, %2, %3) ile kaplanmış ve 45S5 biyoaktif camından üretilen yapı iskelelerinin bir kısmına bakır çözeltisi damlatılarak bakır ile aljinatın çapraz bağlanması sağlanmıştır. Fiziksel ve yüzey özelliklerinin incelenmesi için yapı iskelelerine çeşitli karakterizasyon işlemleri uygulanmıştır. SEM çalışmaları sonucunda, yapı iskelelerinin yüksek gözenekliliğe sahip olduğu ve gözenekler arasındaki bağlantılarının iyi durumda olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, FTIR ve SEM analizleri sonucunda, aljinatın gözenekleri tıkamadan homojen bir kaplama oluşturarak yapı iskelelerinin yüzeyine bağlandığı tespit edilmiştir. İn vitro koşullarda biyoaktivite ve biyobozunma davranımlarının araştırılması için yapı iskeleleri, belirli sürelerde (1, 7, 14 ve 28 gün) yapay vücut sıvısında bekletilmiştir. SEM, XRD ve FTIR analizleri ile, 28 gün süreyle yapay vücut sıvısında bekletilen numunelerin yüzeyinde belirgin bir şekilde hidroksiapatit tabakasının oluştuğu tespit edilmiştir. Yapı iskelelerinin in vitro koşullarda yapay vücut sıvısı içerisinde bakır salımlarını incelemek amacıyla yapılan ICP analizi sonucunda, aljinat ile bakırın çapraz bağlanması sonucunda üretilen numunelerin anjiyojenezi uyarma kapasitesinin bakır katkılı camdan üretilen numunelere göre daha yüksek olduğu sonucuna varılmıştır. Aynı zamanda, üretilen tüm yapı iskelelerinin bakır iyonu salımının, bakırın vücutta sitotoksik etkiye neden olma sınırının (58 ppm) altında kaldığı saptanmıştır. Sonuçlar, üç boyutlu kompozit yapı iskelelerinin kemik doku mühendisliği uygulamaları için potansiyel adaylar olduğunu göstermiştir.