ELEKTRO-ÜRETİM YÖNTEMİ KULLANILARAK YAPAY KAN

ELEKTRO-ÜRETİM YÖNTEMİ KULLANILARAK YAPAY KAN

ELEKTRO-ÜRETİM YÖNTEMİ KULLANILARAK YAPAY KAN DAMARI YAPISININ
OLUŞTURULMASI
Nur BAYCULAR1, Ali DEMİR1, Yusuf ULCAY2, Zarife DOĞAN1
1
2
İstanbul Teknik Üniversitesi,
Gümüşsuyu
Uludağ Üniversitesi, Görükle
Tekstil Mühendisliği Bölümü
Tekstil Mühendisliği Bölümü
[email protected]
[email protected]
ÖZET
Kalp-damar hastalıkları günümüzde dünyadaki başlıca ölüm nedenlerinden biridir. Hastanın
kendi vücudundan elde edilen otologöz atardamarlar veya arterlerin baypas ameliyatlarında
çok iyi patensi oranları vermesine rağmen, çoğu hastada kullanılabilecek durumda otologöz
damar bulunmamaktadır. Bu nedenle kalp-damar hastalıklarında ve yaralanmada başarılı
müdahale için dayanıklı küçük damar (<6mm) yapısının tasarlanması önemlidir.
Uygun damar yapısının taklidi için gref yapısının 3 katmanlı kompozit olması düşünülmüştür.
Bu amaçla 3 farklı biyouyumlu polimer seçilmiştir: Poliüretan, Polivinil alkol, Kitosan. Elektroüretim yöntemi nanolif üretmek için oldukça etkili bir yöntemdir. Sıcaklığa, neme, gerilime ve
çözelti viskozitesine oldukça duyarlıdır. Uygun ortam parametreleri elde edilene kadar pek
çok deneme gerçekleştirilmiştir. Elde edilen yapay damar yapısına boyuna yönde gerilme
mukavemeti, çevresel yönde gerilme mukavemeti, patlama mukavemeti testleri mekanik
özellikleri test etmek için uygulanmıştır. Bu proje 108M045 no’lu TÜBİTAK projesi ile üretilen
elektro-üretim cihazı ile gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Nanolif, yapay kan damarı, elektro-üretim,polivinil alkol, poliüretan.
SUMMARY
Today a cardiovascular disease is one of the major causes of human death in the world.
Although autogenous veins or arteries which are taken from yhe patient own body provide
the best patency rates for bypass operation, lots of patients do not have suitable autogenous
vessels available for use. For this reasons the creation of durable small-vessel (<6mm)
vascular conduits is critical to the successful treatment of cardiovascular disease and injury.
It is thought that graft structure should be a composite structure with 3-layer to mimic suitable
blood vessel structure: Three different biocompatible polymers were chosen for this aim:
Polyurethane, Polyvinyl alcohol, Chitosan.
Electrospinning is a very effective method to obtain nanofibers. It is highly sensitive process
to temperature, voltage, humidity and solution viscosity. Many experiments were done until
optimum parameters were obtained. In order to test the mechanical properties of electrospun
veins longitudinal tensile strength, circumferential tensile strength, burst strength have been
carried out. This Project was carried out with electrospinning device produced as a result of
Tubitak Project No. 108M045.
Keywords:Nanofiber, artificial blood vessel, electrospinning, polyvinyl alcohol, polyurethane.
GİRİŞ
Kalp-damar hastalıkları tüm dünyada başlıca ölüm nedenlerinden biridir. Damar
hastalıklarına sahip pek çok hasta hastalığının ilerlemiş safhalarında damar nakline
gereksinim duyar. Özellikle hemodiyaliz hastaları yıpranmış damarlarının yerine yenisine
ihtiyaç duymaktadırlar. Bu gibi durumlarda cerrahlar damar nakli operasyonları
gerçekleştirmektedirler.
Damar
naklinde
öncelikle
hastanın
kendi
damarları
değerlendirilmekte, ikincil olarak uygun bir dönerden damar nakli gerçekleştirilmektedir. Eğer
ihtiyaca cevap verebilecek uygun damar bulunamazsa yapay damarlar kullanılmaktadır. Aynı
durum baypas operasyonu geçiren hastalar için de geçerlidir. Bu operasyonu geçiren
hastaların yaklaşık %30’u damar nakli için gerekli olan alternatif bir doğal damar yapısına
sahip değildir. Hetero ve homo grefler bu gibi otologöz damarları yetersiz olan hastalar için
ikincil bir doğal damar kaynaklarıdır. Fakat bu yapıların doku ile uyumu gibi bazı sıkıntıları
bulunmaktadır ve kısıtlı kaynaklardır.
Günümüzde büyük ve orta derece çapa (>6mm) sahip atar damarlar için uygun
damar grefleri ticari olarak temin edilebilmektedir fakat küçük çaplı damarlar
bulunmamaktadır. Küçük çaplı damar üretebilmek için pek çok çalışma yapılmaktadır. Bu
çalışmada 108M045 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında yapılmış olan laboratuar tipi
cihaz vasıtasıyla deney numunelerinin üretimi gerçekleştirilmiştir.
Şekil 1: 108M045 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında üretilen elektro-üretim cihazı.
ELEKTRO-ÜRETİM YÖNTEMİ İLE TÜBÜLER YAPININ ELDE EDİLMESİ
Elektro-üretim yöntemi ile üretilen nanolif yapılar sahip oldukları eşsiz özellikler sayesinde
pek çok araştırmacının ve sanayi kuruluşun ilgisini çekmektedir. Liflerin nano boyutta olması,
çok küçük kütle ile çok yüksek yüzey alanının sağlanabilmesi, şekil verme, esneklik,
kullanılabilen polimer çeşitliliği gibi çok sayıda değiştirilebilir özellik bilhassa biyomedikal
çalışmalarda nanolifleri konvansiyonel malzemelere karşı meydan okuyucu bir konuma
yükseltmektedir.
Nanolifler sayesinde; suni damar implantasyon sonrası çok kısa sürede kullanılabilir, atar ve
toplar damarlarda medikasyon sırasında açılan delik, işlem sonrasında hemen kapanabilir;
damar dikişleri kolayca kapanır ve kanama engellenir, nanolif damar gerçek damarlara
kolayca dikilir, optimum yorulma dayanımı sağlanır, pıhtılaşma engellenir ve kan basıncı
titreşimi nanolif damarda hissedilir.
Proje kapsamında biyomedikal sektörüne yönelik geliştirilmesi hedeflenen Nanolif Suni
Damar, bir şırınga pompasından gönderilen polimer çözeltisine yüksek gerilim uygulayarak
(Polivinil alkol, Poliüretan, Kitosan) yüksek hızla döndürülen bir çelik mil üzerine elektroüretim işlemi ile nanolif olarak kaplanması sonucu üretilmiştir.
Şekil 2: Tüp formunda nano-yüzey elde etme denemeleri (a) üzerine Polipropilen iplik sarılı mil (b)
PVA nano-yüzey (c) elde edilen tüp formunda PVA yapay damar numunesi.
Bu çalışmada Polivinil alkol polimeri damara yeterli dayanıklığı sağlamak, Poliüretan polimeri
gerekli esnekliği sağlamak ve Kitosan ise doku ile uyumluluğu sağlamak ve enfeksiyon
oluşumunu önleyerek yeni damar dokusunun gelişimini desteklemek amacıyla kullanılmıştır.
Uygun damar yapısının elde edilebilmesi için değişik konsantrasyonlarda polimer çözeltileri
hazırlanmış ve uygun elektro-üretim şartları araştırılmıştır.
SONUÇ
Polimer çözeltileri ile yapılan elektro-üretim denemelerinde henüz kitosan polimeri için
optimum deney parametreleri elde edilemediğinden sadece PVA ve PU polimerlerinden
oluşun çift katmanlı bir yapı oluşturulabilmiştir. Tüp formundaki yapının elde edilebilmesi için
mil etrafına iplik sarma, mile farklı bir yüzey geçirme gibi değişik yöntemler denenmiştir.
Denenen yöntemler içinde en etkili olanının ilk defa ekibimiz tarafından denenen kablo
koruma yapısının mile geçirilmesi olarak bulunmuştur.
(a)
(b)
Şekil 3: Kaplo korumasının mil üzerine geçirilmesi ile üretilmiş yapay kan damarı numuneleri. (a) PU
polimerinden üretilmiş tek katlı numune, (b) PVA iç katman ve PU dış katman olmak üzere üretilmiş
çift tabakalı numune.
Elde edilen damar numunelerine doğal kan damarı yapısı ile benzer dayanım özellikleri
gösterip göstermediğini incelemek üzere çeşitli mekanik testler uygulanacaktır.
REFERANSLAR
•
Ma,Z., Yong, T.,
He, W., Ramakrishna, S., 2005. Surface Engineering of
Electrospun Polyethylene terephthalate (PET) Nanofibers towards Development of a
New Material for Blood Vessel Engineering. Biomaterials, 26, 2527-2536.
•
Flugelman, M., 13 Feb. 2007. Artificial Vascular Grafts, Their Construction and Use,
U.S.P. Office, Editor. Multi-Gene Vascular Systems Ltd.
•
Johanas, J.T., M.Sc., 2008. Characterization of Silk Electrospun Tubes for Small
Diameter Vascular Tissue Engineering, in Mechanical Engineering, Tufts University.
•
Wang, S., 2004. Biomimetic fluorocarbon surfactant polymers designed for use on
small diameter e-PTFE vascular graft, in Department of Biomedical Engineering,
Case Western Reserve University.
•
World Health Statistics, 2009.