İyon Katkılı HAp

1.1.4. İyon Katkılı HAp

Kemik mineralinde birçok eser element bulunabilmektedir. Bu elementlerden yola çıkılarak, HAp üretiminde yapı içerisine farklı iyon katkılama çalışmaları yapılmaktadır. Bu katkılamaların sonunda HAp’nin kimyasal yapısının değişme olasılığı tartışılan bir konu olsa da biyolojik amaçlar için HAp’ye farklı iyon katkılamasıyla ilgili çalışmalar artmaktadır [96, 135, 136]. Kemik dokusunda Ca-P iyonlarına ilaveten çok az değerlerde de olsa K⁺, Mg²⁺, Sr ²⁺, C1^- ve F^- gibi iyonların varlığı tespit edilmiştir [135, 136]. Bu iyonların varlığının kan dolaşımında [137] bir tampon görevi gördüğü veya osteoblast hücrelerinin çoğalmasındaki aktiviteyi etkilediği gösterilmiştir [138, 139].

HAp’nin biyolojik uygulamalarında sıklıkla iyon katkılamalar tercih edilmektedir.

Tedavi sonucunda ortaya çıkabilecek olası enfeksiyon, ortopedi ve diş hekimliğinde nadir görülen ancak ciddi olarak sınıflandırılan bir sorundur. Bu olası sorunun çözümü için bakterilere karşı direnç sağlayabilecek elementlerin HAp’ye katkılandığı çalışmalar vardır [140]. Gümüş iyonlarının kalsiyum fosfat seramikleri içerisine dâhil edilmesi umut verici sonuçlar veren olası bir çözüm olarak

33

araştırılmıştır [141–143]. Gümüşün gram pozitif ve gram negatif bakteri, virüs ve mantarlara karşı yok edici olarak antimikrobiyal özellikleri uzun zamandan beri bilinmektedir [144–146]. Gümüş çok düşük konsantrasyonlarda bile (35 ppb) memelilerin hücreler üzerinde etkilidir [144, 145]. Mikroorganizmaların gümüşe karşı bağışıklık kazanma kabiliyetinin nispeten zayıf olması da gümüşün çalışmalarda tercih edilen bir iyon olmasını sağlamıştır [5, 25]. Geniş antimikrobiyal aktivite spektrumundan ve yüksek verimliliğinden dolayı gümüş katkılı HAp en çok çalışılan iyon katkılı HAp malzemelerinden biri olmuştur. Tezin içeriğinde hem antibakteriyel alan oluşturma hem de ilk andaki güçlü salım özelliğinden dolayı HAp’ye Ag(I) iyonunun katkılanacağından bu katkılama işleminin nasıl yapılacağı burada açıklanacaktır.

İyonlar ve özellikle Ag(I) iyonu HAp yapısına aşağıdaki yöntemlerden biriyle dâhil edilebilir:

(i) Tüm öncüllerin suda çözündüğü ve aynı anda çökeltildiği ıslak çökeltme yöntemi [147]

(ii) Önceden hazırlanmış katkısız HAp ile HAp'nin tuz çözeltisine batırılarak metal tuz çözeltisi arasında iyon değişimi [148]

(iii) Monomerlerden bir koloidal çözeltinin oluştuğu ve bütünleşmiş iyonlar ve seramik kristalleri ağı için öncül olarak görev yapacak Sol-Jel yöntemi [149]

(iv) Metallerin nanopartiküller üzerine biriktirilmesiyle yapılan ultrasonik püskürtme pirolizi [150]

(v) Mikrodalga yöntemi [151]

Kullanılan teknikler incelendiğinde kirlenme etkilerini en aza indirebilecek, elde edilen malzemenin nihai yapısını ve kristal boyutunu [146–148] düzenleyebilecek kurutma ve sinterleme gibi ısıl işlemlerin aynı anda olduğu çöktürme metodu (i) tercih edilmiştir.

Ag(I) iyonunun hücrelerle etkileşime girmesi ve antimikrobiyal olarak aktif olması aşağıdaki iki madde ile açıklanabilir. Bunlar;

34

 HAp yüzeyindeki gümüş iyonlarının mikroorganizmaların hücre duvarı ile doğrudan etkileşimidir.

 Mikroorganizmayı çevreleyen HAp'nin içyapısından ortama gümüş iyonlarının salınması ve antibakteriyel etkinliğinin uygulanmasıdır [147].

Gümüşün bilinen antimikrobiyal etkisine rağmen, uygulamalarda katkı oranı çok yüksekse toksik olarak ifade edilmektedir [148–150]. Bu amaçla yapılan çalışmaların birinde % 1,0 ila 1,5 oranında Ag(I) iyonu eklenmiş HAp hücre çoğalmasında katkılama yapılmamış HAp’ye göre dikkate değer bir azalmaya neden olduğu bildirilmiştir [147]. Bu nedenle antibakteriyel etkileri saplamak ve toksik etkilerden kaçmak için HAp'ye katkılanan gümüş yüzdesinin eşiğinin belirlenmesi önemlidir.

Ag(I)-HAp umut verici antimikrobiyal özellikler gösterdiği bilinmesine rağmen toksikolojik etkileri önlemek için yapıdan salım yapabilen gümüş iyonlarının konsantrasyonu belirlenmelidir. Antibakteriyel etki elde etmek amacı düşünülürken yapıdan biyolojik ve kimyasal etkilerle salım yapabilen gümüş iyonları belli bir değerin üzerinde toksik etki gösterebilir. Bu salım karakterizasyonu için AAS, ICP-OES gibi cihazlarda gün/salım değeri (ppm) olacak şekilde çalışmalar yapılmıştır [28–32]. Bu çalışmalardan birinde gümüş katkılamanın yanında SrO’nunda katkılanmasıyla, Ag (I)-HAp'ın sitotoksik etkilerini, antimikrobiyal etkisinden ödün vermeksizin etkin bir şekilde telafi edebileceği bildirilmiştir [142]. Samani ve arkadaşları [147], Zn'nin ikinci bir katkı olarak eklenmesinin antimikrobiyal etkiyi arttırdığını bildirmiştir. Bu çalışmalarda gümüşün salım olasılığı değerlendirilmemiştir. Oysaki gümüşün yapıdan salım riski toksik etki doğurabileceğinden çalışma içeriklerinde salım değerleri ve salım kinetiği belirlenmelidir.

Ag(I) katkılı HAp ile ilgili yapılan bir başka çalışmada 20 ppm’lik AgNO₃ çözeltisine HAp daldırarak iyon değişimi ile HAp’ye Ag(I) ilavesi yapılmaya çalışılmıştır. Elde edilen ürünün Escherichia coli (E.coli), Pseudomonas Aeruginosa, S. Aureus ve S. Epidermidis'e karşı katkılama yapılmayan HAp’ye göre antimikrobiyal aktivite gösterdiği bulunmuştur. Bu çalışma içeriğinde literatür bilgilerini destekleyen sonuç ise antimikrobiyal etkinin gözlenmesi için bir kritik

35

değerin varlığıdır. Bu kritik değerin altında katkılanmış HAp, katkılanmamış HAp ile aynı sonucu vermiştir [148].

Çöktürme metoduyla yapılan üretimle elde edilen HAp tozlarının fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri, üretim süreçlerindeki değişimlerle farklılaşabilmektedir. Bu özelliklerdeki değişimler HAp’nin sahip olması gereken genel özelliklerini değiştirebilmektedir. Hem süreç etkinliğinin değerlendirilmesi hem de HAp’nin genel kaidelere sahip olup olmadığının kontrol edilmesi gerekmektedir. Böylelikle HAp tozu özellikleri için gereken optimum değerler kontrol edilebilecektir. Bu bölümün sonunda HAp’nin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin nasıl tayin edileceği açıklanacaktır.

HAp’nin ilk klinik kullanılışından bu yana hücrelerin ve dokuların bu materyale nasıl tepki gösterdiğine dair bilgiler yeterli düzeye ulaşmıştır. HAp’nin vücutla biyolojik uygunluğu ürünün kullanımı için tek başına bir kaide değildir. Örneğin diş üzerindeki uygulamalarda çene basma kuvveti sonunda oluşan fiziksel yüklere karşı dayanımı da son derece önemli kaidelerdendir. Biyolojik uygunluk, antibakteriyel etkinlik ve hücre canlılığı gibi araştırma konularının yanında şu anda HAp’nin mekanik dayanımının, gücünün, elastikiyetinin ve tokluğunun kemiğe daha yakın olması için farklı polimerlerle beraber uygulamaları da mevcuttur [152, 153].

Sentetik HAp’nin hücre ve kemik biyolojisindeki uygunluğun yanında fiziksel mimarisi ve yüzey özellikleri, hücre çoğalmasını farklı şekillerde sağlamak için inorganik ve organik kimyasal sinyallerle nasıl etkileşeceğini anlamaya yönelik çalışmalar da vardır [72].

İyon katkılama yapılmış ürünlerin biyolojik uygunluğu, fiziksel ve mekanik kuvvetlere karşı dayanımı gibi konular HAp’nin kullanım yerindeki etkinliği için önemlidir. HAp’nin kullanım yerinde biyolojik etkilerden kaynaklı parçalanmaların olmaması ortopedik ve diş tedavi uygulamalarında arzu edilen bir durumdur. Bu amaçla yapılan çalışmalarda HAp biyolojik etkilere karşı dayanımı en yüksek olan biyomalzeme olarak bulunmuştur [133, 154, 155]. Ducheyne yaptığı çalışmada [154], tek fazlı sentetik HAp seramiklerinin çözünme hızının, stokiyometrik HAp <

Ca eksiltmeli HAp < oksihidroksiapatit (OHAp) < β-TCP < α-TCP ile sıralandığını ve bu sıraya göre biyo bozunmanın arttığını bildirmiştir. Bu da çok fazlı HAp’lerin degradasyona uğrayacağı sonucunu elde etmemizi sağlamaktadır. Kullanım yerinde

36

parçalanabilen özelliklerde bir HAp isteniyorsa tek fazlı yerine β-TCP gibi gözenekli seramiklerin kullanımı daha uygun olacaktır. Biyo bozunma özelliğinin belirlenmesi için degradasyon çalışmaları yapılmaktadır. Serdar ve arkadaşlarının 2018 yılında yaptığı bir çalışmada HAp’nin diş üzerine kaplanan ürünün diş üzerinde degrade olmadığı ve biyobozunmaz bir malzeme olduğu sonucunu bildirmişlerdir [3].

Bununla birlikte yine aynı çalışmada mikro ve makro gözeneklilik derecesinin, kimyasal bileşimin ve uygulama pH değerinin, malzemenin kristalliliğinin biyolojik bozulmayı/çözünmeyi etkilediğini bildirmişlerdir. HAp ile Ag(I)-HAp biyomalzemesinin biyobozunurluğunun test edildiği bir başka çalışmada ise gümüş katkısıyla beraber ürünlerin daha az bozunma eğiliminde olduğu sonucu elde edilmiştir [156]. Biyolojik olarak bozunmanın in vitro değerlendirmesi, HAp’nin sahip olduğu Ca, P iyonlarının yanına bazı iyonların eklenmesinin başarısını da gösterecektir. Yapı içersine eklenen iyonlar biyobozunmaz ya da biyobozunur HAp elde etmemizi sağlayabilir.

Sonuç olarak HAp içersine iyon katkılaması antibakteriyel ve toksik etki ile beraber iyon salımı ve biyobozunurluk açısından değerlendirilmelidir. Elde edilen sonuçlar HAp’nin ortopedik ve diş tedavilerinde kullanımı için bizlere ipucu verecektir.

HAp’nin diş hekimliğinde dentin hassasiyet giderme çalışmalarında kullanılabileceğine dair bilgiler Serdar ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada gösterilmiştir [3].