Metalik damar stentlerinde restenoz riskini azaltıcı ve doğal endotelizasyon hızlandırıcı yenilikçi kaplamalar

Abstract

Günümüzde, çıplak (kaplamasız) metalik stentlerin en büyük sorunlarından birisi stentleme yapılan bölgenin tekrardan tıkanmasıdır (restenoz). Bu çalışmada, nano boyutlarda desenlere sahip yüzeylerin canlı hücreler ile etkileşimleri üzerine yapılan son araştırmalara dayanarak, kardiyovasküler stent yüzeyleri üzerinde nanodesenler oluşturarak restenoz risklerinin azaltılabileceği fikri ortaya çıkmıştır. Buradan hareketle biyouyumluluğu kanıtlanmış titanyum ve zirkonyum metalleri, 316 LVM paslanmaz çelik altlıklar üzerine, elektron demeti ile buharlaştırma (EDB), katodik ark (KAFBB) ve manyetik alanda sıçratma (MAS) temelli fiziksel buhar biriktirme yöntemleri ile çeşitli morfolojilerde kaplanmış ve bu yüzeyler üzerinde nanodesenler oluşturulması amacı ile çeşitli ardıl işlemler yapılmıştır. Öncelikle, EDB ile eğik ve şekilli titanyum ve zirkonyum filmleri, doğrudan nanoyapılı olarak 316 LVM paslanmaz çelik üzerine kaplanmıştır. Ancak, plastik deformasyona tabii tutulduklarında bu kaplamaların yüzeyden döküldüğü görülmüştür. Nano yapıların tabana yapışma özelliklerinin geliştirilmesi amacı ile yapılan ısıl işlemlerin de kaplama stabilitesinin yeterli düzeyde artıramadığını gösterilmiştir. Kaplamaların ısıl işlem öncesi ve sonrası kan uyumuna sahip olmadığı, ek olarak yapılan oksijen plazması işleminin de bu durumu değiştirmediği görülmüştür. KAFBB yöntemi ile titanyum ve zirkonyum kaplanan 316 LVM numunelerinde ise yüzey homojenliğini bozan makro parçacık oluşumları görülmüştür. Yüzeyde nanoyapıların oluşması ve bu makro parçacıkların dökülmesi için kaplı numuneler farklı parametrelerle anodizasyon işlemlerine tabi tutulmuştur. Anodizasyon sonucunda nanoyapıların oluştuğu görülmüş, ancak makro parçacıkların dökülmediği gözlenmiştir. Takiben yapılan ultrasonikasyon işleminin de bu makro parçalıkların dökülmesinde başarısız olduğu görülmüştür. Son olarak, MAS yöntemi ile kaplama denemeleri yapılmış ve sonuç olarak oldukça homojen titanyum kaplamalar elde edilmiştir. Titanyum kaplanmış 316 LVM paslanmaz çelikler üzerinde nanoyapıların elde edilmesi amacı ile anodizasyon işlemi yapılmış ve işlem sonucu elde edilen gevrek TiO2 nanotüp/nanopor yapısının plastik deformasyon altındaki mekanik dayanımlarının oldukça düşük olduğu görülmüştür. Bu sebeple, nanotüplü bölgeler ultrasonikasyon işlemine tabi tutulmuş ve nanotüpler yüzeyden uzaklaştırılmıştır. Ultrasonikasyon işleminin ardından oksit katmanının yüzeyden uzaklaştırılmasıyla, altta kalan metalik yüzey üzerinde kesik küreler şeklinde, 100 nm çap ve 20 nm derinliğinde sahip desenlerin oluştuğu görülmüştür. 500 nm kalınlığındaki bu nanodesenli metalik kaplamanın en üst yüzeyinde 5 nm kalınlığında TiO2 ve florlanmış titanyum olduğu tespit edilmiştir. Eğme testi sonucunda, bu nanodesenli yapının mekanik dayanımlarının nanotüplü bölgeden çok daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Mekanik olarak stabil olduğu kanıtlanmasının ardından bu nanodesenli numunelere, proje ortağımız Josef Stefan enstitüsü ile ortak olarak, biyouyumluluk testleri (MTT ve kan uyumu deneyleri) uygulanmıştır. Ek olarak, bu numunelere oksijen plazma işlemi yapılarak florlanmış titanyum tabakasının üst yüzeyden uzaklaşması sağlanmış ve bu kimyasal değişimin biyouyumluluk üzerindeki etkisi de ek olarak araştırılmıştır. MTT testleri sonucunda; nanodesenli numuneler üzerinde endotel hücrelerinin çoğalma hızının arttığı, restenoza sebep olan düz kas hücrelerinin çoğalma hızının ise yavaşladığı gözlenmiştir. Oksijen plazma işleminin ise, bu etkileri daha belirgin hale getirdiği gözlenmiştir. Nanodesenli bu numunelerin sadece oksijen plazması işleminin ardından kan uyumuna sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışması sonucunda elde edilen bu yenilikçi yüzey işlemleri ile stentlere uygulanabilecek, ilaç kullanmadan restenoz riskini düşürebilecek, endotelizasyon hızını artırabilecek, pıhtı oluşumunu engelleyen bir kaplama presesi geliştirilmiştir. Aynı zamanda, biyoimplantların biyouyumluluğu artırmak için yapışması yetersiz anodik oksit katmanlarının büyütülmesine gerek olmadığı; benzer boyutlarda nanodesenlere sahip, üzerinde sadece 5 – 10 nm kalınlığında oksit bulunduran yüzeylerin de bu amaç için yeterli olduğu ortaya çıkmıştır.