Kalsiyum ortofosfat bazlı inorganik biyomalzemeler tıpta geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Bunlar arasında sentetik hidroksiapatit, biyouyumluluğu, biyoaktivitesi ve osteokondüktivitesi nedeniyle en umut verici olanıdır. Hidroksiapatit, ortopedik ameliyatlarda, çene, yüz ameliyatlarında ve diş hekimliğinde kemiksel defektleri doldurmak için kullanılmıştır (Ciobanu ve ark., 2011).
Hidroksiapatit, toksik (zehir etkisi) olmamasından dolayı vücudu en alt düzeyde olumsuz etkileyen ve kemik grefti olarak kullanımlarda avantaj olarak sayılabilecek kimyasal ve fiziksel özelliklerin yanı sıra, biyouyumlu olduğu için klinikte en çok kullanılan seramikler arasında yer alır. HA, yavaş rezorbe (yılda %5-10) olan klasik Ca-P seramiğidir. Blok HA fibrovasküler (lifli ve damarsal) doku tarafından invaze olduktan sonra matür lameller kemiğe dönüşür (Pasinli ve Aksoy, 2010).
Hidroksiapatit seramikler, ortopedik ve diş hekimliği alanlarında kemik ve diş için ikame malzemesi olarak tanınmıştır. Hasarlı insan kalsifiye dokusunu restore etmek için kullanılabilen biyoaktif ve biyouyumlu malzemedir (Swain, 2009).
Hidroksiapatitin sentetik formu, lokal veya sistemik toksisitesinin olmaması ile birlikte osteokondüktif özelliklerinden dolayı iskelet rekonstrüksiyonu için en yaygın olarak kullanılan biyomalzemelerden biridir. İmplantların başarı oranları kemik-implant osseointegrasyonuna bağlı olmasına rağmen, kemik-implantların uzun dönem kullanılabilmesi ve başarısı, implant yerleştirildikten sonraki bakteriyel enfeksiyonun önlenmesine de bağlıdır (Díaz ve ark., 2009).
İyi biyouyum ve insan sert dokusuna güçlü bağ oluşturma yeteneğinden dolayı hidroksiapatit implant malzemesi olarak kullanılmıştır. Ancak, zayıf sinterleme özellikleri ve düşük kırılma mukavemeti kemik veya eklemlerin normal işlem yüklerine dayanamaz (Feng ve ark., 1998). Bu nedenle, yük taşıyıcı implantlar olarak kullanılamaz (Qu ve ark., 2011). Hayvan testi çalışmaları, implante edilmiş HA etrafında inflamasyon olmadığını, hidroksiapatitin kemik dokuları ile çevrelendiğini ve kemik dokuları ile kemiksel kombinasyon oluşturduğunu göstermiştir. Bunlar, hidroksiapatitin kemik iskeletinin bir parçası haline gelebildiğini, kemik dolgu ve desteği rolünü oynadığını gösterir (Xiao ve ark., 2009).
HA, biyoaktif bileşiklerin oluşturulması için yüksek yoğunluklu polietilen, poli-L-laktit, polimetilmetakrilat ve poliester eter gibi polimerler ile güçlendirme ajanı olarak değerlendirilmiştir (Xiao ve ark., 2009).
Hidroksiapatit yüksek osteokondüktivitesi ve biyoaktivitesi nedeniyle sert doku uygulamalarında yoğun ilgi görmüştür. Çoğu in vivo çalışmalar, hidroksiapatitin doğrudan konak dokular ile bağlandığını ve tam osseointegrasyona yol açtığını kanıtlamıştır. Doku iskelesi olarak kullanılmak üzere, vaskülarizasyon ve doku rejenerasyonu amacıyla gerekli olan boşluk ve alan sağlanarak doğal kemiğin 3 boyutlu inorganik bileşenini taklit eden hidroksiapatit tasarlanmıştır (Bae ve ark., 2006).
Hidroksiapatit, fizyolojik sıvının pH, sıcaklık ve kompozisyonuna en yakın, termodinamik olarak en kararlı kalsiyum fosfat seramik bileşiktir. Son zamanlarda, hidroksiapatit kontrollü ilaç salım matrikslerini içeren çeşitli biyomedikal
uygulamalar için kullanılmıştır. İlaçların yavaş, lokal ve sürekli salınması için bir sistem olarak tanınan ilaç salım sistemleri birçok hastalığın tedavisi için tartışmasız bir avantaj olacaktır. Bu tür kontrollü ilaç dağıtım sistemleri için potansiyel adaylardan biri gözenekli seramiklerdir ve bu yüzden poröz hidroksiapatite çok ilgi gösterilmiştir. Kemik ilaç dağıtım sistemleri, biyobozunur polimerik matriks içinde antibiyotikler ile bağlanmış poröz kalsiyum fosfat seramikler kullanılarak geliştirilmiştir (Swain, 2009).
Ortopedi alanında hidroksiapatit gözenekli granüller, ilaç dağıtım taşıyıcısı olarak kullanılabilir. Örneğin, büyüme faktörleri, antikanser ilaçlar veya antibiyotik ajanlar. Bu ilaç dağıtım taşıyıcıları progresif salınım ile implantasyon yerinde bu biyoaktif maddelerin lokal konsantrasyonunun artmasına izin verir. İlaç konsantrasyonu minimum etkili seviyenin altına düşmeden ve toksik seviyeye ulaşmadan uzun süre istenen bir seviyede sürdürülür. Bu biyolojik ajanların etkinliği vaskülarizasyonun düşük olduğu kemik sahalarında fazlasıyla artar. Bu ürünler arasında, gentamisin antibiyotiği profilaktik etkisi için sıklıkla kullanılır. Bu antibiyotik, enfeksiyonlardan ve post-operatif osteomiyelitten sorumlu bakteri kolonizasyonunu önler (Descamps ve ark., 2009).
HA’nın kullanım alanlarından biri de oküler implant uygulamasıdır. Biyouyumlu olması ve toksik olmaması gibi özellikleri ile HA oküler implant uygulaması için ideal bir biyomalzemedir (Şekil 6.3.). Bu implantlarda kullanılan HA, 500 μm çapında, birbiriyle bağlantılı gözeneklere sahiptir. Bu gözenekler sayesinde dokuların implanta doğru büyümesi ve implantın göz boşluğuna tutunması sağlanır (Pasinli ve Aksoy, 2010).
Şekil 6.3. Hidroksiapatit oküler implant uygulaması, çeşitli türde yapay gözler (Pasinli ve Aksoy, 2010)
Metal implantlar üzerine kaplama, HA'nın önemli uygulama alanları arasında yer alır. PMMA’nın kullanımında oluşan komplikasyonu engellemek için bir fiksasyon (sabitleme) aracı olarak femur protezlerinde ve kapsüllerinde geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalarda HA’nın implant üzerinde kemik iç büyümesini arttığı sonucuna varılmıştır. Bu çalışmalarda, kaplamadan iyi bir sonuç elde etmek için anahtar faktörler, kaplama kalınlığı, malzemenin kimyasal kompozisyonu ve metalin yüzey pürüzlülüğüdür. Metal yüzeyine HA kaplama uygulaması ile metalik malzemelerin mekanik özellikleri ve HA’nın yüksek biyouygunluğu ve biyoaktifliği birleştirilmektir. Metalik biyomalzemeler HA ile kaplandığında, ince bir HA tabakası biyoaktivite sağlar. Ancak HA ile metal arasındaki yapışma dayanımının düşüklüğü, HA tabakasının metal yüzeyinden kaybına neden olabilmektedir. Ayrıca, kaplama sırasında meydana gelecek yüksek sıcaklık, gerek kaplama gerekse de kaplanacak malzemede yapısal değişikliklere neden olmaktadır. Metalik biyomalzemelerin HA ile kaplanması, doğal dokuların yeniden yapılanmasını sağlar ve protezlerin kullanım süresinin uzamasına katkıda bulunur. Yapılan çalışmalarda kimyasal ve ısıl işlem sonrası yüzeyi apatit kaplanmış titanyum implantların kemiğe bağlanmalarının iyi olduğu rapor edilmiştir. HA ile kaplanmış bağlantı vidalarında (pedicle screws) gevşeme riskinin azaldığı ve vidaların daha iyi bağlandığı görülmüştür. Uygulamaların çoğunda vidanın bir kısmını HA kaplama yeterli iken, kemik erimesi
olan hastalarda ve tümor ameliyatı gibi belirli durumlarda tam kaplama daha iyi tutunma sağlayabilir. 1987 yılında yapay göz ve orta kulak implant uygulamalarında kullanılması ve başarı sağlanması ile HA, FDA (Food and Drug Administration) tarafından verilen onay ile, ticari olarak piyasaya çıkmış ve çok satılmıştır. HA, plastik cerrahide yanak, alt ve üst çene, burun, alın gibi kısımların rekonstrüksiyonunda kullanılmaktadır (Pasinli ve Aksoy, 2010).
Sadece biyomedikal implant malzemesi olarak değil, aynı zamanda Deoksiribo Nükleik Asit (DNA) izolasyonu ve protein saflaştırmada biyolojik kromatografi desteği olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Hidroksiapatit ayrıca geniş çeşitlilikteki biyolojik moleküllerin fraksiyonasyonu ve saflaştırmasında kullanılmaktadır. Kristal hidroksiapatit kolonu yüksek performanslı sıvı kromatografisinde (high-performance liquid chromatography) yaygın olarak kullanılmaktadır. Kromatografik kolon genellikle zayıf mekanik mukavemete sahip düzensiz şekilli hidroksiapatit jel ile doldurulur. Son zamanlarda mekanik özellikleri, fiziksel ve kimyasal stabilitesi iyileştirilmiş küresel hidroksiapatit seramik boncuklar geliştirilmiştir (Luo ve Nieh, 1996).
Bileşenlerin kendi özelliklerini koruyarak tek başına sahip olamadığı özelliklere sahip oldukları kompozit malzemeler, homojen malzemelere göre daha avantajlı malzemelerdir. Mikroorganizmaların mevcut antimikrobiyal ajanlara direnç kazanması nedeniyle bakteriler, küfler, mayalar ve virüsler gibi mikroorganizmaların neden olduğu enfeksiyonların önlenmesi bilimsel araştırmalarda öncelikli konular arasında yerini almıştır. Bu nedenle yeni tipte, güvenilir ve uygun maliyetli antimikrobiyal malzemelerin geliştirilmesi ve üretimi son yıllarda önem kazanmıştır. Kompozit malzemelerin geliştirilmesi, üretimi ve bu malzemelere antimikrobiyal özellik kazandırılması mikroorganizmaların neden oldukları enfeksiyonların önlenmesinde önem kazanmıştır. Bu çalışmada antibakteriyel özelliğe sahip polikaprolakton-hidroksiapatit kompozit film geliştirilmesi ve üretimi amaçlanmıştır. Bu amaçla hidroksiapatit toz sentezi, sentezlenen hidroksiapatit tozların ve ticari hidroksiapatit tozların nanogümüş ile kaplanması, elde edilen antibakteriyel hidroksiapatit tozların polikaprolaktona katılarak antibakteriyel kompozit film
üretimi ve üretilen antibakteriyel hidroksiapatit tozların ve antibakteriyel kompozit filmlerin karakterizasyonu ve antibakteriyel aktivite tayinlerinin yapılması hedeflenmiştir.