Magnezyum Alaşımı-Benzeri Bileşiklerin Sinir Kılavuz Kanalı Uygulaması için Elektroeğirme ile Üretimi
Kazalar sonucu oluşan periferik sinir yaralanmalarında, tam iyileşme ve fonksiyonların geri kazanımı günümüzde halen önemli bir klinik bir sorun olmaya devam etmektedir. Her yıl milyonlarca kişi periferik sinir hasarları sebebiyle kısmen engelli veya yatalak hale gelmekte ve bunların çok az bir kısmı cerrahi müdahale ile tedavi edilebilmektedir. Nörorafi adı verilen ve basitçe kesilmiş bir sinir gövdesinin iki ucunun dikilerek birleştirildiği bu cerrahi müdahale yöntemi, 5 mm’nin altındaki sinir boşluklarının tedavisinde işe yaramakta, ancak daha geniş boşluklarda dikiş hattına binen aşırı gerinim sebebiyle yetersiz sonuç vermektedir. Bu sebeple, bu tarz geniş periferik sinir kanalı hasarlarının tedavisi için hasarlı sinir uçlarının karşılıklı olarak kapalı bir kanal içerisine alındığı bir yaklaşım üzerinde çalışmalar yapılmaktadır.
Periferik sinir iyileşme mekanizması temelde 4 ana aşamadan oluşmaktadır: Bunlar sırasıyla, nörotropik faktörlerce zengin sıvı fazı, fibrince zengin iskele oluşumu, hücre göçü (perinöral, endotel ve Schwann) ve akson kablolarının uzaması aşamalarıdır. Tüm bu aşamaların doğası gereği, akson büyümesi yaklaşık olarak günde 2-5 mm civarında bir hıza sahiptir. Sinir iyileşme hızının bu yavaşlığı hasarlı sinir uçlarının arasındaki boşluğa inflamasyon hücrelerinin göç etmesine ve boşluğun yara dokusuyla kapanmasına neden olmaktadır. Ayrıca hasarlı sinirin distal bölgesinde, birkaç saat içerisinde Wallerian dejenerasyonu başlamakta ve bu da aksonal iyileşmeyi sınırlamaktadır, çünkü distal uç aksonal iyileşmeyi destekleyen pek çok nörotropik faktörlerin kaynağıdır. Wallerian dejenerasyonunu asgari düzeyde tutmak için Schwann hücrelerinin varlığı, nörotropik faktörlerin varlığı ve salımı, basal laminanın (sinir hücreleri için hücre dışı matris) ve distal sinir ucunun varlığı olmak üzere 4 kritik faktör mevcuttur. Tüm bu kısıtlamalar ve gereksinimler göz önünde bulundurulduğunda, periferik sinir iyileşmesi için günümüzün altın standardı olarak “Sinir Kılavuz Kanalı (Nerve Guidance Conduit, NGC)” kullanımı öne çıkmaktadır.
Magnezyum, düşük yoğunluğu (1,74 g/cm3), dolayısıyla çok hafif oluşu, ancak yüksek özgül dayanımı (specific strength) sayesinde hafif oluşuna rağmen dayanıklı bir malzemedir. Ayrıca elastiklik modülü (Young’s Modulus, E = 45 GPa) ve yoğunluk açısından kemik dokusuna oldukça yakındır (kemik için bu değerler sırasıyla 1,75 g/cm3 ve 40-57 GPa’dır). Bunun yanısıra yüksek elektrik ve termal iletkenliğe sahiptir ve lokal durumlar hariç toksik olmayan ve vücutta en bol bulunan 4. elementtir. Bu sebeple günümüz biyomalzeme araştırmacılarının ilgisini çekmektedir. Literatürde AZ81, WE43, AE21 gibi pek çok magnezyum alaşımlarının adı geçmekte ve magnezyum alaşımı kullanılarak ekstrüzyon işlemini takiben lazer kesim yöntemiyle üretilen stentler halihazırda FDA (Food and Drug Administration) onayı almış durumdadır. Ancak bu alaşımların dinamik şartlar altında çalışan stent uygulamaları için bozunma (degredasyon) hızları iyileşme hızına göre görece yüksektir ve bu hızı kontrol altına almak için çalışmalar halen devam etmektedir.
Metalik alaşımların/alaşım-benzeri bileşiklerin üretimi ve şekillendirilmesi, geleneksel olarak yüksek sıcaklık (döküm, kaynak, v.b.), kontrollü atmosfer (ısıl işlem v.b.) ve/veya yüksek kuvvet gerektiren (dövme, haddeleme, ekstrüzyon, v.b.) pahalı süreçler olmakla birlikte, bu geleneksel yöntemlerle mikronaltı ve nano boyutlu fibröz yapıların elde edilmesi oldukça zor olmaktadır. Elektroeğirme yöntemiyle fibröz yapıların üretimi günümüzde araştırmacıların yaygın olarak çalıştığı konuların başında gelmesine rağmen, bu çalışmalar genellikle polimer esaslı malzemeler üzerine yoğunlaşmıştır. Metalik alaşımların/alaşım-benzeri bileşiklerin elektroeğirme yöntemiyle fiberler halinde üretilmesi, son yıllarda araştırmacıların ilgisini çekmeye başlamış ve literatürde bu konuda sınırlı sayıda çalışma yer almaya başlamıştır. Basitçe, üretilecek metalik alaşımı bileşenlerinin, suda çözünürlüğü yüksek nitratlı tuzlarını kullanarak elde edilen çözeltinin, polimerlerle viskozitesinin ayarlanmasının ardından elektroeğrilmesi ve genellikle atmosfer ve/veya sıcaklık kontrollü kalsinasyon basamağı ile polimerin uzaklaştırılıp, metalik bileşenlerin kristalleştirilmesi prensibine dayanan üretim yöntemi sonucunda mikro/nano boyutlu fiberlerden oluşan bir alaşım/alaşım-benzeri bileşik elde edilebilmektedir.
Bu proje, halihazırda biyolojik gereksinimleri stent uygulaması için yapılan araştırmalarda kanıtlanmış biyouyumlu, biyobozunur ve toksik olmayan bir metalik alaşıma benzer kompozisyonda bir magnezyum alaşımı-benzeri bileşiğin periferik sinir iyileşmesi tedavisi amacıyla günümüzde yaygın olarak tercih edilen sinir kılavuz kanalı uygulamasına uyarlanmasını amaçlamaktadır. Tıp alanında yapılan çalışmaların ticarileştirilmesi uzun süreli ve yüksek maliyetli süreçler olduğundan, seçilen alaşım-benzeri bileşiğin halihazırda özellikle ticari olarak kabul görmüş ve farklı bir tıp uygulama alanı da olsa FDA onayı almış bir alaşıma benzer bir kompozisyonda olması, projede önerilen hedef uygulama alanına adapte edilmesi sonrasında yeniden ticarileştirilmesi ve tıbba uygunluğunun elde edilmesi açısından büyük bir avantajdır. Kolay ve göreceli olarak ucuz maliyeti nedeniyle patentlenebilir olan bu elektroeğirme yöntemi ile tamamlanacak çalışma ileride yapılacak çalışmalar için bir protokol niteliğinde olacaktır.
Sinir kılavuz kanalı üretmek/geliştirmek ülkemizde çok yeni bir konudur. Dolayısıyla, ticari olarak üretilip satılan sinir kılavuz kanalı materyalleri çok az sayıdadır. Bunun başlıca nedeni, sinir kılavuz kanalı materyallerinin aynı anda hem dokularla etkileşim performansının iyi ve hem de iyileşme sürecinde besin/atık/gaz alışverişine izin verirken, inflamasyon hücrelerinin geçişine izin vermeyecek şekilde yarıgeçirgen yapıda olması gerekliliğidir. Ayrıca, sağlık sektöründe kullanılan böyle bir ürünün her iki bakımdan da aynı anda iyi performans gösterebilmesi için karmaşık üretim protokollerinin gerekliliği neticesinde çok yüksek maliyetlerin ortaya çıkması ve uzun zaman alan süreçlerin tamamlanması zorunluluğu da ilave nedenler arasındadır. Bu protokollerin geliştirilmesi, patentlenmesi ve klinik olarak onaylanması ile ancak firmalar söz konusu malzemeleri üretip ticari olarak satabilmektedirler. Bu nedenle, projede geliştirilmesi planlanan sinir kılavuz kanalı materyalinin üretim protokollerinin uluslararası literatüre ve aynı zamanda ülkemizin bilgi birikimine ve deneyimine katkıda bulunması beklenmektedir. Bu katkının gelecekte, başka özgün araştırma projelerine, patentlere, klinik çalışmalara ve ticari ürün elde edilmesi hedeflenen projelere yol göstermesi amaçlanmaktadır.
