Metal-İyon Girişimiyle Yeni Biyomalzemeler

Fotoğraf : Biyoçözünür bir metal iyon elastomerinin esnekliği kanıtlanmıştır. Cornell mühendisleri tarafından geliştirilmiştir.

Demir ve kalsiyum gibi metaller, insan vücudunda önemli rol oynarlar. Bu nedenle biyomühendislerin, bu metalleri cilt, kan damarları, ciğer ve diğer dokuların onarımı için yumuşak ve elastik materyallere dahil etme isteklerine şaşırılmamalıdır.

Elastomerlerin (kauçuk özellikleri taşıyan bir tür polimer çeşidi) tasarlanması, işlevselliği kısıtlı bir ürün oluşturan, uğraş gerektiren bir süreçtir. Fakat Cornell mühendisleri, elastomer tasarımını modüler bir süreç haline getiren tek bir polimerle farklı materyallerin karıştırılması ve eşleştirilmesine olanak sağlayan bir tasarı geliştirdiler.

Bu çalışma, 22 Eylül tarihinde Advanced Materials’da yayınlanan “Biyoçözünür Elastomerlerin Çapraz Bağlamalı Şelasyonu” başlıklı yazıda detaylı olarak işlenmiştir.

Tasarı, Cornell Biofoundry Laboratuvarı araştırmacıları tarafından kalp dokusunun onarımına yardımcı olabilecek bir elastik vasküler greft oluşturmaya çalışırken tasarlandı. Meinig Biyomedikal Mühendisliği Okulu’ndan Profesör Yadong Wang ve doktora sonrası asistanı Ying Chen, bakırın anjiyogenezi (mevcut kan damarlarından yeni kan damarlarının oluşmasını sağlayan işlem) tetikleyen rolünden dolayı, greftlerine bu metali dahil etmek istediler.

Bakır ve diğer metal iyonlarının polimerlerle karıştırılması, kimyada yeterli bilgi birikimi sağlanmamış bir alandı ve Chen’in örnek alabileceği bir çalışma olmadığından Chen, biyouyumlu ve biyoçözünür bir elastomer tasarlamak için “temelden” çalışmaya başladı.

Chen’in çalışması, bir metal iyonunu iki ya da daha fazla sayıda bağ kurarak sıkıca bağlayan şelat ligantlarının kullanıldığı polimerinin bakır iyonlarıyla çapraz bağlama yaptığı bir atılımdı. Wang bu yapının, bir yengecin kıskacıyla bir objeyi kavramasına benzediğini söyledi. Kimyada, şelat bağları orta kuvvetli sayılırken birçok çapraz bağ içeren elastomerler, çok sayıdaki şelat ligantlarının birlikte çalışmasıyla güçlü bir molekül oluşturabilirler.

Bir ligant birden fazla metal iyonunu bağlayabildiğinden, biyomedikal özelliklerinin yanında sertlik ve dayanıklılık gibi çeşitli mekanik özelliklere sahip ürün elde edilebilir. Örneğin, polimerin bakır iyonları çinko iyonlarıyla yer değiştirebilir veya insan yaşlanmasına karşı kullanılan önemli bir enzim ikilisi olan bakır-çinko kombinasyonu kullanılabilir.

Chen “Bu keşif oldukça keyif vericiydi. Doku mühendisliğine odaklandığım için bakır elastomerimle devam etmek istedim fakat Profesör Wang yavaşlamamı, çalışmanın bu platformda ne kadar etkili olduğunu ve onunla neler yapabileceğimizi test etmemiz gerektiğini söyledi.” dedi.

Çalışmanın kanıtı olarak Chen, bir polimer ve altı metal kullanarak, altı özgün elastomer tasarladı. Sonrasında kalsiyum-magnezyum karışımı kullanarak yedinci elastomerini oluşturdu. Yedi elastomer tasarlanması bir yana, ilk kez biyoçözünür bir metal-iyon elastomeri uygulamalı olarak gösterilmiş oldu.

Wang, “Ying bana yaptığı çalışmayı gösterdiğinde ona, “Bu malzeme inanılmaz.” dedim.” dedi. “Yalnızca bu tasarımla yapabileceğiniz çok şey var. Farklı metal iyonlarıyla bir polimer sekiz, dokuz, on farklı elastomere dönüşebilir.”

Araştırma ekibi ayrıca, elastomerlerine mekanik ve biyouyumluluk testleri uygulayarak materyallerin kasılma, gerilme ve canlı dokularda kullanılabilme uyumluluğunu test etti. Bu elastomerlerin dayanıklılık ve biyouyumluluk özellikleri, tıpta kullanılan klasik materyallerin özellikleriyle eşleşiyordu.

Chen, “Bakır materyal oldukça esnekti. Kopmadan yüzlerce kez gerilebilir.” dedi.

Tasarısı yayınlanan Chen, araştırmasında bakır elastomer grefti ve kan damarları ve kalp dokusunu onarma kabiliyeti üzerinde odaklanıyor. Ayrıca diğer mühendislerin, yumuşak doku onarımı ve yenilenmesini arttırabilecek yeni materyaller oluşturması için kendi çalışmasını kullanabilmelerini umuyor.

Wang de onunla aynı umudu paylaşıyor. Ayrıca bu çalışmanın uygulama alanının yalnızca kan damarları ve diğer dokularla sınırlı olmadığını; çevre dostu , biyoçözünür lastikler gibi endüstriyel elastomerler için potansiyel olarak kullanılabileceğini söyledi. “Yalnızca temeli atıyoruz.” dedi. 

Kaynak: phys.org