Boğaziçi Üniversitesi’nden bilim insanları, kemik kırıkları ve kayıplarında titanyum ya da paslanmaz çelik gibi metal implant kullanımını ortadan kaldıracak yeni bir yöntem üzerinde çalışıyor.
Üç boyutlu yazıcılarda vücuda uyumlu ve eriyebilen özel biyolojik malzemelerle “kişiye özel” olarak basılan bu yeni nesil implantlar, hastaya bir kez takılacak ve hem kırığı tedavi edecek hem de işi bittiğinde eriyerek vücuttan atılıp, hastanın defalarca ameliyat edilmesine gerek kalmayacak.
Her yıl dünyada 100 kişiden 2,8’inde kemik hasarı meydana geliyor. Kemik hasarlarının tedavisi için kullanılan metal protez ya da implantlar ise pek çok yan etkiye yol açabildiği için hem kemik yoğunluğunu azaltabiliyor hem de hastanın konforunu bozuyor hatta defalarca ameliyat ihtiyacı doğabiliyor. Türkiye Osteoporoz Derneği verilerine göre Türkiye’de yılda ortalama 24 bin kalça kırığı meydana geliyor, ABD’de her yıl 6,3 milyon kırık vakası kaydediliyor ve bu hastaların çoğuna ameliyatla implant veya protez takılıyor. Boğaziçi Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Enstitüsü öğretim üyesi Doç. Dr. Duygu Ege ve ekibinin üzerinde çalıştığı proje sayesinde kemik kırıklarında defalarca ameliyat devri kapanacak.
KİŞİYE ÖZEL VÜCUTTAN ATILAN İMPLANTLAR
Üç boyutlu yazıcılarla kişiye özel kemik protezi tasarımıyla protezlerin vücuda uyumunun artırılması ve kemik metastazının tedavisi üzerine çalışmalar yürüten Doç. Dr. Ege, üç boyutlu yazıcı ile kişinin anatomisine özel implantlar geliştiriyor. Çalışmalarının 3-4 yıl içinde sonuçlanacağını anlatan Doç. Dr. Ege, şu anda insan hücre deneyleri ve hayvan deneylerini gerçekleştireceklerini, ilk sonuçların yüz güldürücü olduğunu söyledi ve “Şu anda kemik kırıklarında sıklıkla kullanılan titanyum ve paslanmaz çelik implantların bir süre sonra vücuttan çıkarılması veya revizyon ameliyatı ihtiyacı doğuruyor.
Bizim hedefimizde kişiye özel implantlar geliştirerek bunların vücutta kemiğin kendi kendini yenilemesini sağlayarak tedaviye de katkı sağlaması ve ikinci bir ameliyata gereksinim duyulmadan hastanın iyileşmesi. Hücre ve hayvan deneylerinin ardından bir sonraki adımda hasta denemelerini yapacağız. Hasta denemelerinden de olumlu sonuç alırsak gelecekte kemik kırığı tedavilerinde standart metal implant devri kapanabilir” dedi.
ALTI AYDA VÜCUTTA ERİYOR KEMİK O SÜREDE YENİLENİYOR
Üç boyutlu yazıcılarda biyomalzemelerle ürettikleri bu implantlarda iki türlü malzeme kullandıklarına değinen Doç. Dr. Ege, “Bir tanesi kendi kendine zamanla çözülen ve vücuttan atılan malzemeler. İkincisi ise organik malzemeler. Bunlar vücuda tamamen uyumlu büyük ölçüde organik malzemeler. Sentetik ama vücut ile çok uyumlu başka malzemeler de kullanıyoruz. Bu implantlar, yüzde yüz o kişiye özel olması sayesinde, vücuda anatomik olarak da daha uyumlu oluyor.
Bu malzemelerden üç boyutlu yazıcıda ürettiğimiz implantlar yaklaşık 6 ay gibi bir sürede vücutta eriyor ve genellikle de idrar yoluyla atılıyor. Bu süre de kemiğin tamamen yenilenmesi yeterli oluyor. Bu malzemeler yardımıyla hem kemiği mekanik olarak destekliyoruz hem de kemiğin kendini yenilemesini sağlayarak görevini bitirdikten sonra vücuttan atılıyor. Böylece tekrarlayan ameliyatlara gerek kalmadan tam tedavi sağlanmış olunuyor” diye konuştu.
İŞİN SIRRI HEM MEKANİK HEM BİYOLOJİK AÇIDAN UYUMLU MALZEMELERDE
Doç. Dr. Duygu Ege, özel biyomalzemelerle üç boyutlu yazıcıda üretilen kişiye özel protezlerin geliştirilme aşamalarını ise şu şekilde özetledi:
“İlk olarak hastadan MR görüntüleriyle elde edilen ölçümlere göre bilgisayarda üç boyutlu modellemesini yapıyoruz. Daha sonra bu modeli üç boyutlu yazıcılarda özel malzememizle basıyoruz. Sonra implantın fiziksel özelliklerini analiz ediyoruz ve biyolojik testlere geçiriyoruz. Burada hücre kültürleri üzerinde çalışıyoruz. Sonra da hayvan testleri gerçekleştiriliyor. Hücre kültürü testleri için insan mezenkimal kök hücreleri ile zaman zaman kemik hücresi kullanıyoruz.
En son aşamada da insan deneylerine geçilecek. Üç boyutlu yazıcılarla implant ya da protez geliştirmek üzerine çeşitli çalışmalar var ancak bizim çalışmamızı hepsinden ayıran özelliği, kullandığımız malzemelerden geçiyor. Hem mekanik yönden hem de biyolojik olarak vücuda en uyumlu malzemeleri geliştirmeye ve kullanmaya çalışıyoruz. Örneğin jelatin. Zaten vücuda çok uyumlu bir madde kemik hücresi gelişmesini de tetikliyor. Bunun yanında karboksimetil selüloz kullanıyoruz. O da hücre ile tamamen uyumlu, başka bir çalışmamızda da sentetik bir polimeri kullanıyoruz. Bu da mekanik olarak vücutla en uyumlu malzeme.”
TÜMÖRE BAĞLI KEMİK HASARLARINDA DA KULLANILACAK
İmplantların sadece kemik kırıklarında değil tümörlere bağlı kemik hasarlarında da sıklıkla kullanıldığını anlatan Doç. Dr. Ege, sözlerini şöyle noktaladı: “Kullanılan implantların türü de bölgeye göre değişiyor. Ağırlık taşıyanlar, taşımayanlar vb. Her bölge için farklı malzemelerin kullanılması gerekir. Bizim geliştirdiğimiz malzemeler genellikle yüz bölgesi için. Ama vücudun her bölgesi için kullanılabilir çünkü malzemelerin değiştirilmesi önem taşıyor. Bu yöntemle kemik kırıkları veya tümör nedeniyle oluşan kemik defektleri tamir edilebilecek. Her yaş grubu için uygun malzemeler geliştirebilir. Yaşa uygun mekanik özellikte geliştirilebilir.”
Doç. Dr. Ege, vücuda uyumunu sağlamak üzere protezlerin basılacağı biyomalzemeleri dünyada ilk kez “arjinin” isimli bir amino asitle kaplayarak protez ve kemik bütünleşmesini artırmayı başardı. Ege, bu sayede kullandıkları biyomalzemelerin hücre kültürlerinde canlılığında artış olduğunu yani kemik iyileşmesinin arttığını tespit ettiklerini vurguladı.
