24.09.2016

1

Biyouyumluluk

Doç. Dr. Atilla EVCİN

Biyomalzemeler, yaşayan sistemlerin içerisindeveya onlarla ilişkide olan sistematik vefarmakolojik olarak reaksiyona girmeyenmalzemelerdir.

Seramik, metalik, polimerik ve kompozit malzemelergenellikle biyomalzeme olarak kullanılmakta ve insansağlığına önemli katkılarda bulunmaktadır.

Seramik malzemeler, kararlı kimyasal yapısı,biyouyumlu olması ve toksik etki göstermemeözellikleri nedeniyle güvenle kullanılabilir. Ancak bumalzemelerde kırılma tokluğu ve yorulma dayanımıdeğerlerinin düşük olmasına bağlı mekaniközelliklerinin yetersiz kaldığı görülmektedir.

Bu nedenle dentaluygulamalarda olduğu gibimetallerle desteklenerekveya ortopedikuygulamalarda ise metalekaplama yapılaraközelliklerinde iyileştirmelerlekullanılmıştır.

Seramikler, dişçilikte dolgumalzemesi, altın-porselenkaplama ve protez parçalarıolarak yaygın bir biçimdekullanılmakta olup ve dişseramikleri olarakisimlendirilirler

Canlı dokuya yerleştirilen tüm malzemeler, budokudan tepki alırlar. Bu tepki, doku-implant arayüzeyinde oluşur ve dokunun tipine, yaşına, ara yüzey hareketliliğine, vücut sıvısının sirkülasyonuna, implantın fiziksel ve kimyasal özelliklerine, yüzey morfolojisine vb. özelliklere bağlı olarak değişir.

İmplant malzemelerdeki tehlikeler, çevresindekidokulara zarar vermesi veya etkileşimi ile açığa çıkankimyasal maddelerin, doku sıvısında dolaşarak hasarayol açmasıdır.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

24.09.2016

2

Biyouyumluluk

Malzeme ve vücut sıvılarının kimyasaletkileşimi ve bu etkileşimin fizyolojiksonuçlarının vücuda ne kadar zarar veripvermediğidir.

Bir malzemenin biyouyumlu olması içinbulunduğu canlıdaki fizyolojik ortam tarafındankabul edilmesi gerekir.

Tanımlar

İn vitro: Hücre ve doku kültürlerindegerçekleştirilen deneyler (canlıorganizma dışında).

İn vivo: Vücuda doğrudan temaslayapılan deneyler (göz içi,ağız gibi).

İn situ :Hücre içinde yapılan deneyler(canlı organizma içinde).

Sentetik bir malzeme biyomalzeme olarakkullanıldığında, bu malzemenin canlı dokuylateması sırasında yaşam sistemini herhangi birşekilde etkilememesi gerekmektedir.

Canlı dokuya yerleştirilmiş tüm malzemeler, budokudan tepki alırlar. Çeşitli faktörlere bağlıolarak implant malzemeye olan dokucevabının dört türünden bahsedilebilir.

1. Malzeme toksikse, çevresindeki doku ölür 2. Malzeme toksik değil biyoinertse, değişik

kalınlıkta fibröz doku oluşur 3. Malzeme toksik değil de biyoaktifse, doku

implant ara yüzeyinde baglama gerçeklesir 4. Malzeme toksik değil, fakat çözünür

yapıdaysa, çevresindeki doku, implantın yerinialır.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

24.09.2016

3

Araştırmacılar , “biyomalzeme” ve“biyouyumluluk” terimlerini, malzemelerinbiyolojik performanslarını belirtmek içinkullanmışlardır.

Biyouyumluluk, aynı zamandabiyomalzemenin en önemli özelliği olup, vücutile uyuşabilirlik olarak tanımlanabilir.

Biyomalzemeler, kendilerini çevreleyendokuların normal değişimlerine engel olmayanve dokuda istenmeyen tepkiler (iltihaplanma,pıhtı oluşumu vb.) oluşturmayanmalzemelerdir.

Bazı araştırmacılar, biyouyumluluk teriminibiraz genişleterek, biyomalzemenin yapısal veyüzey uyumluluğunu ayrı ayrı tanımlamışlardır.

Yüzey uyumluluğu, bir biyomalzemenin vücutdokularına fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarakuygun olmasıdır. ,

Yapısal uyumluluk ise, malzemenin vücutdokularının mekanik davranışına sağladığıoptimum uyumdur.

Biyomalzemeler doku ile etkileşimlerine göre biyoinert, biyoaktif ve biyobozunur malzemeler olmak üzere üç ana gruba ayrılır.

Biyoinert malzemelerin doku ile etkileşimleri mekanikbağ şeklindedir. Mekanik bağ biyoinert malzemenindokuyu değiştirmeden doku ile bir arada bulunmasıanlamına gelmektedir.

Biyoaktif malzemeler kemikle ya da canlıorganizmanın yumuşak dokusu ile kimyasal bağyaparak etkileşirler.

Biyobozunur malzemeler ise biyolojik olarakbozunarak zamanla doku ile yer değiştirir.

Tablo Biyo malzemelerin doku ile etkileşimlerine göre sınıflandırılmaları ve biyo malzeme örnekleri (Dubok et al. 2000)

Biyomalzeme tipi Doku ile etkileşimi Biyomalzeme Örnekleri

Biyoinert Mekanik bağ Al, Zr, Ti oksitlerBiyoaktif Kimyasal bağ yapar HA, biyoaktif cam,

cam seramiklerBiyobozunur Yer değiştirir TCP (Trikalsiyum

fosfat)

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

24.09.2016

4

Şekil Biyoaktivitesine göre biyomalzemelerin sınıflandırılması. (a) biyoinert, (alümina dental implant), (b) biyoaktif, metalik bir dental implant üzerine hidroksiapatit [Ca10(PO4)6(OH)2]

kaplama, (c) yüzey aktif, biyocam (d) biyobozunur, tri-kalsiyum fosfat implant [Ca3(PO4)2].

Biyoinert seramikler

Biyoinert seramikler iyi sürtünme özelliklerinden dolayıyapay eklemlerde kullanılır.

Biyoinert maddeler toksik değildir ve biyolojik olarakaktif değildir.

Kemikte kırığın oluşturduğu boşluk kan pıhtısı iledolar. Kemikteki boşluğa implant yerleştirildiğindeorijinal doku implantın çevresinde lifli yeni bir dokuoluşturur.

Oluşan doku orijinal dokudan implantı ayırır vekemiğin içine gelişerek kemik ile mekanik bir bağoluşturur.

Biyoaktif Seramikler

Biyoaktif seramikler kemik dolgu malzemesiolarak kullanılır. Biyoaktif seramikte doku ileseramik arasında kimyasal bağ oluşur.

Biyoaktiflik biyomalzemenin kemiğebağlanabilme yeteneğidir. Biyoaktif seramiklerblok, gözenekli madde ve granül şeklindedir.

Hidroksiapatit ve biyoaktif cam-seramiklerbiyoaktif seramiklerdir. Biyoaktif seramiklerinmekanik kırılganlığı ortopedik cerrahi için zayıfnoktadır

Biyobozunur Seramikler

Biyobozunur, biyogeriemilebilir, ve biyoabsorblanabilirterimleri değişerek ve ayrım gözetmeden kullanılabilir.Biyobozunur madde biyolojik olarak parçalanabilir.Trikalsiyum fosfat (Ca3(PO4)2 ) biyobozunur birseramiktir

Kemikte kırığın oluşturduğu boşluk kan pıhtısı iledolar. Kemikteki boşluğa implant yerleştirildiğindeorijinal doku ve implant arasında biyoaktif bir arayüzey oluşur. Biyoaktif ara yüzeyin özeliği doğal dokugibi zamanla değişmesidir. Bu değişim yeterince hızlıolduğunda implant çözünür ya da bozunur ve doku ileyer değiştirir

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

24.09.2016

5

Biyoseramiklerin Dokularla Etkileşimi

Seramik implantların en ilgi çekiciözelliklerinden biri, doku için zehir etkisioluşturmamalarıdır.

Dokuların çok karşılaşılan bir tepkisi de,dokunun implant çevresinde ipliksi bir kapsülüretmesi. Bu ipliksi doku, organizmatarafından implanta karşı bir duvar örmek içinveya implantı izole etmek için üretilir.

Kısacası, bir çeşit korunma mekanizmasıdır veimplant, zamanla ipliksi doku ile tamamenkaplanarak doku yüzeyinden uzaklaştırılır.

İltihaplanmanın Nedenleri

Iltihaplanma Akut iltihaplanma Kronik iltihaplanma Dokunun

granülleşmesi Yabancı vücut

reaksiyonu Lif dejenerasyonu ve

sarma

Iltihaplanma Prosesi

Dolaşım sistemigeçirgenliğinin artması

Zarar gören dokudakidamar sistemindenprotein, kan hücrelerininsızması

Damardaki kanpıhtılaşması

Marieb, EN and Mallatt, J. 1997. Human Anatomy

Akut İltihaplanma

Kısa süreli (dakikagünler) Lökosit (akyuvar), protein, plasma ve akışkanınsızması.• Mikroorganizmaların fagositler tarafından imhaedilmesi.• Nötrofil (lökosit) aktivasyonu, yabancımaddelerin sindirimi,

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

24.09.2016

6

Kronik İltihaplanma

Uzun süreli (≥≥ günler). Dokularda bulunanpatojenlerden sorumlumakrofajların, monosit (akyuvartürü), tekçekirdekli hücrelerinbulunmasıyla karakterize edilir. Kan damarları ve birleştiricidokuların çoğalmasıyla birlikteolur. Lenfosit (akyuvar türü) veplasma hücreleri bağışıklıkreaksiyonuna yol açar.

www.lumen.com

Kemik Erimesine neden olan aşınma

Protez başlığındanAşınan taneciklerağrı, kemik kaybı ve sonuçta cerrahi müdahale gerektiren sonuçları doğurur

Aşınan tanecikler

Kemik kaybı

Archibeck, MJ; Jacobs, JJ; Roebuck, KA; Glant, TT. Journal of Bone & Joint Surgery, 2000

TEM:mikroyapı değerlendirme

önce sonra

Biyolojik uyumluluğun değerlendirilmesi içinASTM F-4 Commitee on Medical and SurgeryMaterials and Devices adı altında bir sistemgeliştirilmiştir.

Yeni biyomalzemeler piyasaya çıkmadanönce, vücut içinde istenilmeyen bir etkiyeneden olmamaları amacıyla detaylı biyolojiktestlere tabi tutulmaktadırlar.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

24.09.2016

7

ISO 10993 ve EN 30993

ISO 10993-1: guidance on selection of tests ISO 10993-2: Animal welfare requirements ISO 10993-3: Test for genotoxicity, carcinogenicity and reproductive

toxicity ISO 10993-4: Selection of tests for interactions with blood ISO 10993-5: Tests for cytotoxicity: In vitro methods ISO 10993-6: Test for local effects after implantation ISO 10993-7: Ethylene oxide sterilization residuals ISO 10993-8: Clinical investigation ISO 10993-9: Degradation of materials related to biological testing ISO 10993-10: Tests for irritation and sensitization ISO 10993-11: Tests for systemic toxicity ISO 10993-12: Sample preparation and reference materials ........

İlk olarak vücut dışında daha sonra vücutiçerisinde testler yapılmakta, bunu takiben klinikdenemelerle malzemenin biyolojik güvenilirliği veperformansı tespit edilmektedir.

Bir malzemenin biyouyumunu kontrol etmek içinbu malzemeyi biyolojik korozyon testlerindengeçirmemiz gerekir. Buradaki şartlar ve solüsyonortamı insan sağlığı için risk oluşturan elementesas alınarak hazırlanmalıdır.

Ni-Ti alaşımları test edilirken solüsyon Ni esasalınarak hazırlanmaktadır.

Biyouyumluluğun belirlenmesi için yapılması önerilen testler Biyouyumluluk testi

Biyomalzemelerin incelenmesi: - In vitro deneyler (birincil ya da eleme

testleri), - In vivo hayvan deneyleri (ikincil testler), - İnsanlarda klinik çalışmalar

olmak üzere üç basamakta yürütülmektedir.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

24.09.2016

8

Sonuçlarının in vivo koşulların sonuçlarıile bağıntısının kurulması güç olsa bile,kontrollü olması ve tekrarlanabilirliği ilein vitro hücre kültürü deneyleri,potansiyel biyolojik zararların analizinedayanmaktadır.

In vivo hayvan deneyleri, malzemeninsubkutan (deri altı), kas ya da kemikiçerisine yerleştirdikten sonra dokucevabının incelenmesine dayanır.

In vitro hücre kültürü deneyleri, hayvandeneyleri ile yer değiştiremez ancak öneleme yaparak kullanımı hayvandeneylerine olan ihtiyacı azaltabilir

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016