Cumhuriyet Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi Dergisi Cilt 5, Sayı 1,2002
GÜNÜMÜZDE BİFAZİK KALSİYUMFOSFAT SERAMİKLER
Yrd. Doç. Dr. Hakan DEVELİOĞLUÖZET
Bifazik kalsiyumfosfat seramikler, dişhekimliği ve tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Hidroksiapatit(HA) ve trikalsi-yum fosfat(TCP) bu karışımların major komponentleridir. Bu makalenin amacı, bunların günümüzdeki durumlarını ve özel-liklerini detaylı olarak açıklamaktı.
Anahtar kelimeler : Bifazik kaisiyumfostat seramik, al-loplast, dişhekimliği.
SUMMARY
Biphasic calciumphosphate ceramics ( BCP) are widely used in dentistry and medicine. Hydroxyapathite (HA) and Tri-calciumphosphate (TCP) are the major components of Dipha-sic calcium-phosphate ceramics. The purpose of this paper was to explain their properties and current aspects in detail
Key words : Biphasic calcium phosphate ceramic, al-loplast, dentistry
GİRİŞ
Kemiğin içinde ya da kenarında bulunan ve yeni kemikle dolması gereken kısımlar olarak ta-nımlanan kemik defektleri, kemik dokusunun ken-dini rejenere etme ve remodeling özelliğiyle iyileş-mekle beraber, bazan travmayla veya konjenital olarak oluşmuş deformitelerin ve kemikteki patolo-jilerin alınmasıyla ortaya çıkan geniş deformite sa-halarının iyileştirilmesinde ve kemiğin iyileşmesine destek sağlamak amacıyla kemik greftleri yada kemik yerine geçen materyallerin kullanımı gerek-mektedir.1,2
Kemik, extraselüler matrix proteinlerinin mi-neralizasyonunu içeren bir seri kompleks olaylar zinciri sonucu şekillenmektedir. Kalsiyumfosfat içe-rikli biyomateryaller; kemik tamirinde, augmentas-yonda veya kemiğin yerine geçebilen doldurucu madde olarak kullanılmaktadırlar. Mevcut CaP bio-materyalleri orijinleri (doğal, yapay), kompozisyon-lar (hidroksiapatit, trikalsiyumfosfat ve bifazik CaP) veya fiziksel formları (partikuler, blok, siman, poli-mer içerikli kompozit) ve fizikokimyasal özellikleri-ne göre farklılık gösterirler.
CaP seramiklerinin ve diğer ilgili biomateryal-lerin gelişimi, kemik grefti olma yönünden, bioma-teryal rezorbsiyon işlemi ve kemik yerini tutma özelliğinin daha iyi olarak kontrolünü içermiştir. Bu materyaller içerikleri ve fiziksel özellikleriyle birbi-rinden ve de kemikten ayrılırlar.2,6
Bundan onbeş yıl önce, Daculsi,9 Lynch,8
LeGeros10 ( ABD'de), bifazik kalsiyumfosfat
sera-miklere (BCP)'e dayalı "bioaktif konsepti" geliştir-mişlerdir. Bu fikir, daha stabil bir faz olan HA'nın optimum dengesine ve daha eriyebilir olan TCP'ca belirlenmektedir. Bu madde eriyebilir ve vücutta basamaklı olarak ayrışır. Ayrıca biyolojik ortama Ca ve P iyonları salmasıyla yeni kemik oluşumu-na da öncülük eder.7,9 BCP fikrinin ilginç yönü,
ya-pıdan kaynaklanan eriyebilme özelliğinin kontrollü oluşudur. Bu erimenin miktarı beta-TCP/HA oranı-na bağlıdır. Karışımdaki HA ne kadar azsa erime
*C Ü Dişhekimliği Fakültesi Periodontoloji AD.
tersine o kadar yüksek olmaktadır.8,11,12 1920-1975 arası yapılmış olan sınırlı bilimsel çalışma-lar, TCP olarak tanımlanmış CaP materyallerinin kemik defektlerinde yapımı başarılı olarak hız-landırdığı13"14 ve periodontal defektlerde15 de uygun olabildiğini vurgulamıştır. Nery tarafından kul-lanılmış TCP, ileriki dönemlerde LeGeros tarafın-dan 1988'de, %20 beta-TCP ve %80 HA16 içeren bir karışım olarak tanımlanmıştır. Bu materyal ve diğer beta-TCP/HA içerikli karışımlar sonraları, bi-fazik kalsiyumfosfat (BCP) olarak tanımlanmıştır. Bifazik kalsiyum fosfatlar saf HA'dan biyolojik ola-rak daha aktiftirler.
BCP’ların en büyük özellikleri, konak kemik dokusuyla güçlü bir bağlanma yapması ve fıbröz bir aralığın oluşumuna izin vermeleridir. Dinamik bir özelliği olan bu yüzleşmenin(bağlanmanın) olu-şumu bir seri olayın gerçekleşmesiyle meydana gelmektedir.3,5,16,17 Yani hücrelerle etkileşim ve erime/çökelme işlemleri sonucu kemik mineral maddesine çok benzeyen karbonat-hidroksiapatitin (CHA) oluşumudur.
Hüceresel Olaylar:
BCP materyalleri in vitro ve in vivo olarak ke-mikten elde edilenlere benzerlik taşıyan madderin, kemik hücrelerinden ve benzer hücrelerden de sa-lınmalarına neden olurlar.Ayrıca hücre ataşmanı-na, proliferasyonuna ve expresyonuna izin verir-ler. Biyolojik olarak rastlanan ilk olaylar, BCP ke-miklerinin implantasyonu sonrası biyolojik sıvı dif-füzyonu ve bunu takip eden hücre kolonizasyonu- dur.
Biodegradasyon ve Biyodissolusyon: BCP nin biyodegradasyonu, HA ve beta-TCP kristallerinin ayrı ayrı erimeleri işlemini içerir.8,11,12 İmplantasyon sonrası HA'nın beta-TCP'ya oranı daha da önem kazanır. Ayrıca beta-TCP'ın HA'ya oranla daha reaktif ve eriyebilir olduğu bilinmekte-dir,20
Bağlanma Sınırı:
Daculsi ve ark.9 TEM kullanma implantas-
C.Ü. DİŞHEKİMLİĞİ FAKÜLTESİ DERGİSİ 2002 CİLT: 5, SAYI: 1
yon sonrası mikrokristal oluşumunun non spesifik olduğunu göstermişlerdir.Yani seramik tipi ve imp-lant alanı önemli değildir.
Karbonat Apatit Çökelmesinin Biyolojik Önemi:
Biyolojik apatitin ve reziduel kristallerin yüze-yel olarak bağlanmaları kemik hücre adezyonu ve bone ingrowth (porların içine doğru kemik oluşu-mu) için bir ortam hazırlar.18 Restorasyon işlemi, CaP kristallerinin erimesini ve mikroporlardaki eriyen kristallere benzeyen CHA benzeri kristalle-rin çökelmesini içerir. Bağlanma hattı, yeni materyal/ kemik yüzeyini içermesine rağmen, biyo-materyal yüzeyini kapsamaz.Sonraki olaylar, bone ingrowth ve yeni oluşmuş kemiğin CaP biyomater-yalinden oluşmuş CHA başlangıç formuyla yer de-ğiştirmesini içermektedir.20
Hücre kolonizasyonu, adezyonu, fagositoz ve osteoklastik rezorpsiyon, mineralizasyon, bone ingrowth ve kemik şekillenmesi, CaP seramikleri-nin erimesi süresince gerçekleşen biyolojik apatit çökelmesi olaylarıyla beraber göze çarpar.Sonuç olarak birleşim yüzeyi statik olmayıp, dinamik bir karakterdedir. Biyomekaniksel faktörler ve kemik maturasyonu gözlemlenir. "Biyoaktivite konsepti", ımplant bağlanmasına ve enjektabl kemik madde-sine bağlanabilir.20 CaP materyaller, polimerik kompozitlerdeki21,22 ve simanlardaki23 kompo-nentler veya doldurucular olarak kullanılabilmekte-dir. Hidrolik siman makroporoz değildir ve birçok çalışma osteokondüksiyon6 için makroporların ge-reğini vurgulamıştır. BCP konsepti, BCP grandileri24 ve hidrosolubl (sudaerir) polimeri bera-ber içeren enjeklabl kemik yerine geçen maddeler "osteokonduktif" özelliktedir. Ayrıca bu maddeler mükemmel biokompatibldirler ve iyi rezorbe olur-lar. Başlangıç haldeki plastiziteleri kemik defektinin kolayca dolmasını sağlar.25,26
Enjektabl kemik seramikler (IBS) hidrolik ke-mik sementine benzer mekanik özellikleri içermez. Ancak, kemik hücreleri polimerlerce oluşturulan aralığı doldurma özelliğindedirler. Bone ingrowth, BCP taneciklerinin hem çevresinde hem de re-zorbsiyon sonucu oluşan aralığa doğru olmaktadır. Mekanik özellikler ancak kemiğin varlığında gözle-nebilir.23
Biyomaddelerdeki porların çapı çok önem ta-şımaktadır. Birçok araştırma in vivo osteokondük-siyon için optimal aralığın 150-500 µm olduğunu göstermiştir. 2-3 µm gibi küçük aralıklar da porla-rm içine doğru hücre göçünü ve vaskularizasyona engel olur. Osteoklastlar rezorbsiyondan sorumlu major hücreler olmalarına rağmen orijinleri halen belirsizdir. Bazı araştırmacılar,kemik iliğinde oluş-duklarını benimserken bazıları sirkülasyondaki
mononükleer hücreler olduklarını varsaymaktadır-lar. CaP implant yüzeyinde beliren ilk hücreler mo-nositler ve makrofajlardır.27,28,29,30
SONUÇ
Sonuç olarak, Biyoaktif konsept, HA ve TCP'ın dissolüsyon/transformasyon işlemlerine bağlıdır. Bu da materyalin değişik formlarıyla ilgili-dir. HA/beta-TCP karışımının her formunda da do-kuya adaptasyon ve değişim benzerdir. Kısaca; 1. CaP seramik mikrokristallerinin kısmen emilimi lo-kal mikroçevredeki Ca ve fosfat konsantrasyonu-nun artmasına neden olur, 2. CHA formasyonu, bi-yolojik sıvıda yer alan iyonlarla olan birleşmeyle gerçekleşir, 3. Karbonat apatit kristalerinin organik matriksle olan ilişkileri, 4. Bu mikrokristallerin ke-mikteki kollajen matrikse bağlanmaları.Materyalle kemik arasında dinamik bir komşuluk vardır.Ya-ni,birtakım fizikokimyasal işlemler, kristal/protein etkileşimleri, hücre ve doku kolonizasyonları, ke-mik remodelasyonu olaylarını içermektedir.
KAYNAKLAR
1. Aaboe, M., Pinholt, ME., Hjorting-Hansen, E: Healing of experimentally created defects :A Review.Br J Oral Maxillo- facSurg.33:312,1995
2. Bernard GW. : Healing and repair of osseous de- fects.Dent Clin North Am.35(3) 469,1991.
3. De Groot K: Ceramics of calcıum phosphates: prepara- tion and properties. in bıoceramics of calcium phosphate. CRC Press, Boca Raton, 100-114,1983
4. Henoh L.LBioceramics : From concept to clinic, J Am CeramSoc74: 1487-1510,1994.
5 Jarcho M.: Calcium phosphate ceramics as hard tissue prosthetics. Clin Orthop 157: 259-278,1981
6. Daculsı G , Bouler J.M., Legeros R.Z.: Adaptive crystal formation: in normal and pathological calcificatıon. in synthelic calcium phosphate and telated biomaterials. Int. Rev.Cytology, , 172:129-191,1996.
7. Heughebaert M., LeGeros R Z., Gineste M., Guilhem A : Hydroxyapatite (HA) ceramics implanTed in non-bone for- ming site. Physico-chemıcal characterization. J Biomed Mat Res 22: 257-268,1988.
8. Daculsi G., LeGeros R.Z., Nery E., Lynch K. , Kerebel B.: Transformation of biphasic calcium phosphate in vivo. Ult- rastructural and physico-chemical characterization. J Biomed Mat Res 23: 883-394,1989.
9. Daculsi G., LeGeros R.Z., Heugheaert M., Barbieux.: Formation of carbonate apatite crystals after implantation of calcium phosphate ceramics. Calcif Tissue int 46: 20-27,1990
10. LeGeros R.Z. Calcium Phosphates in Oral Biology and Medicine. Monographs in Oral Sciences, Vol 15, H. Myers, ed., S. Karger, Basel.1991.
11. LeGeros R.Z., Daculsi G. . The in vivo behaviouf of biphasic calcium phosphate. Histological, ultrastructral and physico-chemical characterization. in: Handbook of Bioactive Ceramics, Calcium Phosphate and Hydroxylapat.ite Ceramics. Yarnamuro T., Hench L.L., Wilson-Hench J W. eds. Amster- dam, CRC Press 2.,1990.
12. Dacuisi G., LeGeros R.Z., Mitre D.: Crystal dissoluti- on of bıological and ceramic apatiles. Calcif Tissue Int 45: 95- 103,1989.
13. Albee F.H.: Studies in bone growth. Triple calcium phosphate as a stimulus to osteogenesis. Ann Surg 71: 32- 36,1920.
14. Bhaskar S.N., Btady J.M.. Getter L., Grower M.F. and
C.Ü. DİŞHEKİMLİĞİ FAKÜLTESİ DERGİSİ 2002 CİLT: 5, SAYI: 1
Doskell T. Biodegtadable ceramic implants in bone, J Oral Surg32: 336-346,1971.
15. Nery E.B., Lynch KL, Hirthe WM, Mueller KH.: Bioce- ramics implants in surgically produced infrabony defecls. J. Pe- riodontol. 46: 328-339,1975.
16. Daculsı G., LeGeros R.Z., Deudon C.. Scanning and transmissıon electron mıcroscopy and eleclron probe analysis of ine interface between implants and host bone. Scan. Micr 4: 309-314,1990.
17. Hench L.L., Splinter R.J., Ailen W.C., and Greelee T.KBonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials, J Biomed Mater Res 2:117-141,1971.
18. LeGeros R.Z.: Calcium phosphate matsrials in resto- rative dentistry : A review, Adv. Dent. Res 2:164-183,1988.
19 LeGeros R.2., LeGeros J.P., Daculsi G., Kıjkowska R.: Calcium phosphate biomaterıals: preparation. propertıes, and biodegradation. in; Encyclopedic Handbook of Biomaterials and Bioengineering. Part A: Materials Vol. 2, Wise D.L. et al (eds), M Dekker Inc., New York pp. 1429-1463,1975.
20. Daculsi G. Biphasic calcium phosphate concept app- lied to artificial bone, implant coating and injectable bone subs- titute. Biomaterials 19:1473-1478,1998.
21. Bonfield W. Hydroxyapatite-reinforced polyethylene as an analogous material lor bone replacement. in Biocera- mics: Materials Characteristics Versus in Vivo Behavior, P Ducheyne and J. E. Lemons (eds) Ann NY Acad Sci 523: 173-
177,1988.
22. Ducheyne P., Marcolongco M., and Schepers E. Bio- ceramıc composites. in: An Introduotion to Bioceramics, L.L. Hench and J. Wilson (eds). World Scientıfic Publishers, Lon- don, pp. 281-297,1993.
23. Constanz B.R., isen l.C., Fulmer M.T., Poser R.D., Smith S T VanWagoner M. Ross J. Goldstein S.A. Skeletal re- pair by in situ formation of the mineral phase of bone. Science 267: 1796-1799,1995.
24. Daculsi G, Weiss P, Bouler Jm, Gauthier O, Aguado E.: Bcp/hpmc composite : a new concept for bone and dental substitution bıomaterials. Bone ,25:59-61.1999.
25. Millot F., Grimandi G., Weıss P. Daculsi G.: Prelimi- nary in Vitro and in Vivo studies of a New Injectable Bone Substitute.Cells and Mat. 9:21-30,1999.
26. Daculsi G., Weiss P., Delecrin J., Grimandi G., Passu- tı N., Guerin F. : Composition pour biomaterial - procede de preparation. Patent n 94-01-414 1994235.,1994.
27. Tamai, N., Myoui, A.,Tomita,T., Nakase, T., Tana- ka,J., Ochi.T., Yoshikawa,H. : Novei hydroxapatite Ceramics with an ınterconnective porous structure exhibit superior osteo- conductıon in vivo.J Biomed Mater Res.,59 :110-117,2002.
28. Yubao, L.. Xingdong Z., DeGrooî, K. : Hydrolysis and phase transition of alpha-tricalcium phosphate. Biomaterials, 18 :737-741,1997.
29. Benahmed M., Bouler, JM., Gan.O.. Daculsi, G. : Bio degradation of synthetic biphasic calcium phosphate by human monocytes in vitro a morphologıcal study. Biomaterials, 17 .2173-2178,1996.
30. Malard,O..Bouler, JM., Guicheux,J., Heymann, D., Pi- let.P., Coquard C., Daculsi, G. : Influence of biphasic calcium phosphate granulometry on bone ıngrowth, ceramic resorption, and inflammatory reactions : Preliminary in vitro and in vivo study.J Biomed Mater Res, 46 : 103-111,1999.
Yazışma Adresi:
Yrd.Doç.Dr. Hakan Develioğlu CÜ Diş hekimliği Fakültesi Periodontoloji A.D. 58140-SİVAS
Tel.0-346-2191271-2787
