İnsan vücudu, kendisine yabancı olan maddeleri reddetmeye programlanmıştır. Ancak malzeme bilimindeki gelişmeler, vücudun sadece kabul etmekle kalmayıp, kendi parçası gibi benimsediği materyallerin üretilmesini sağladı. Bu malzemelerin başında Kalsiyum Fosfat (CaP) bazlı biyoseramikler geliyor.
Doğal kemik yapısına olan şaşırtıcı benzerlikleri sayesinde ortopedi ve diş hekimliğinde "altın standart" olarak kabul edilen bu malzemeleri, özellikleri ve kullanım alanlarıyla detaylıca inceliyoruz.
Kalsiyum fosfatlar, adından da anlaşılacağı üzere kalsiyum ve fosfor iyonlarından oluşan seramiklerdir. Bu malzemeyi özel kılan şey, insan kemiğinin ve diş minesinin inorganik kısmının da büyük ölçüde kalsiyum fosfattan (özellikle hidroksiapatit formunda) oluşmasıdır.
Bu kimyasal benzerlik, kalsiyum fosfat bazlı seramiklerin vücut içine yerleştirildiğinde toksik etki yaratmamasını, aksine kemik dokusuyla bütünleşmesini sağlar.
Biyomedikal uygulamalarda kullanılan kalsiyum fosfatlar, Kalsiyum/Fosfor (Ca/P) oranlarına ve çözünürlüklerine göre sınıflandırılır. En popüler iki tür şunlardır:
Doğal kemik mineraline en çok benzeyen yapıdır.
Özelliği: Vücut sıvılarında çözünürlüğü çok düşüktür, bu nedenle uzun süre dayanıklılık gerektiren implant kaplamalarında kullanılır.
Kullanımı: Metal protezlerin yüzeyini kaplayarak kemiğin metale daha sıkı tutunmasını sağlar.
Özellikle beta-TCP formu yaygındır.
Özelliği: Hidroksiapatite göre vücut içinde daha hızlı çözünür (biyobozunur).
Kullanımı: Geçici kemik dolgularında kullanılır. Malzeme eridikçe, oluşan boşluğa hastanın kendi yeni kemik dokusu dolar.
Mühendisler, "Hem biraz dayansın hem de zamanla eriyip kemiğe dönüşsün" dediklerinde HA ve TCP'yi karıştırarak bu hibrit yapıyı oluştururlar. Çözünme hızı, karışım oranıyla kontrol edilebilir.
Bu malzemelerin popülerliği üç temel biyolojik özelliğe dayanır:
Biyouyumluluk (Biocompatibility): Vücut bu malzemeyi reddetmez, iltihaplanma veya alerjik reaksiyon riski minimumdur.
Osteokondüktivite (Kemik İletkenliği): Bu seramikler, kemik hücreleri için bir iskele görevi görür. Yeni oluşan kemik hücreleri, bu malzemenin gözeneklerine tutunarak büyür ve ilerler.
Biyobozunurluk (Bioactivity): Zamanla vücut sıvıları tarafından emilerek yerini canlı dokuya bırakabilme yeteneğidir.
Kalsiyum fosfat tozları genellikle yaş kimyasal yöntemler (çöktürme), sol-jel veya katı hal reaksiyonları ile üretilir. Üretilen bu tozlar daha sonra farklı formlara dönüştürülür:
Diş Hekimliği: İmplant yüzey kaplamaları, diş kökü dolguları ve çene kemiği tozu (greft) olarak.
Ortopedi: Kırık iyileşmesini hızlandıran dolgu malzemeleri, omurga kafesleri.
Doku Mühendisliği: Kök hücrelerin üzerine ekildiği 3 boyutlu iskeleler (scaffold) yapımında.
İlaç Taşıyıcı Sistemler: Gözenekli yapıları sayesinde antibiyotik veya büyüme faktörlerini içine hapsedip, vücutta yavaşça salınım yapabilirler.
Kalsiyum fosfat bazlı biyoseramikler, insanı makineleştiren değil, doğallaştıran bir teknolojidir. Sentetik olmalarına rağmen biyolojik süreci taklit etmeleri, onları modern tıbbın vazgeçilmezi kılmaktadır. Gelecekte, 3D yazıcı teknolojileriyle hastaya özel üretilen "birebir uyumlu" kemik yamalarında bu malzemeleri çok daha sık göreceğiz.
