3B yazıcıların kemik doku iskeleleri tasarımına etkisi

Abstract

Kemik doku iskelelerinin tasarımı gelişen teknoloji ve üretim metodları ile değişmekte ve gelişmektedir. Tasarım ihtiyaçlarından bir tanesi olan dejeneratif hastalıklar sonucu ortaya çıkan osteoporoz nedeni ile kemik dokusu deformasyonu ve kaybı gibi kemik patolojileri, yaşamın kalitesini ve yaşam standartlarını olumsuz etkilemektedir. Bu nedenle kemik rejenerasyonu için üç boyutlu biyoaktif kemik doku iskelelerinin geliştirilmesi, doku mühendisliği alanında büyük önem kazanmıştır. Kemik doku yapısının başarılı bir biçimde taklit edilebilmesinde kemik doku mühendisliği uygulamaları için tasarlanan biyomalzemelerde polimerler ve biyoaktif seramikler kullanılmaktadırlar. Hidroksiapatit (HA) ve biyoaktif camlar ile üretilmiş kemik doku iskeleleri yüksek biyouyumluluğa ve kemik dokusuna bağlanma özelliğine sahip olduğundan dolayı kemik rejenerasyonu için klinik potansiyele sahiptir. Ancak kemik dokusuna benzer gözenekli olarak tasarlanan HA ve biyoaktif cam kemik doku iskelelerin mekanik özellikleri özellikle yük taşıyan uygulamalar için uygun değildir. Mekanik özellikleri iyileştirmek amacıyla seramik, metal, polimer ve cam gibi ikincil fazların ilavesiyle HA bazlı kompozitler üretilmektedir. Kemik iskelesi üretiminde baskı prensipleri ve malzeme seçimine göre stereolitografi, toz tabakalı füzyon, malzeme ekstrüzyonu, binder jetleme ve üç boyutlu (3B) yazıcı ile şekillendirme gibi çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Geleneksel yöntemler; gözenek boyutu, geometrisi ve birbirine bağlılığı üzerinde sınırlı kontrol imkânı sunmaktadır. Ancak 3B yazıcı teknolojileri geliştikçe, kemik mikro mimarisini kontrol edilebilme becerisinde ilerlemeler kaydedilmiştir.

The design of the bone scaffolds changes and develops with the developing technology and production methods. Degenerative diseases which are one of the design needs like osteoporosis, result in bone pathologies such as, degeneration and loss of bone tissue, adversely affecting quality of life and living standards. Therefore, the development of three-dimensional bioactive bone tissue scaffolds for bone regeneration come into prominence in tissue engineering. Polymers and bioactive ceramics are used as biomaterials designed for bone tissue engineering applications that bone tissue structure can be successfully imitated. Bone tissue scaffolds produced with hydroxyapatite (HA) and bioactive glasses have a clinical potential for bone regeneration due to their high biocompatibility and binding properties to bone tissue. However, the mechanical properties of HA and bioactive glass bone tissue scaffolds, which are designed to be porous like bone tissue, are not particularly suitable for load bearing applications. HA based composites are produced by adding secondary phases such as ceramic, metal, polymer, and glass to improve the mechanical properties. A variety of manufacturing methods such as stereolithography, powder layered fusion material extrusion, binder jetting and three-dimensional (3D) printing are applied to fabricate bone tissue scaffolds according to the printing principles and selection of materials. Conventional methods offer limited control over pore size, geometry, and interdependence for this production. However, 3D printing technologies have evolved, progress has been recorded in the ability to control bone micro-architecture