Poliüretan Temelli Yara Örtü Malzemeleri

30 Mayıs 2019


Prof. Dr. Süleyman Köytepe

İnönü Üniversitesi
Fen-Edebiyat Fakültesi
Kimya Bölümü

 


Prof. Dr. Burhan Ateş
İnönü Üniversitesi
Fen-Edebiyat Fakültesi
Kimya Bölümü

 

 

Dr. İdil Karaca Açarı
Malatya Turgut Özal Üniversitesi
Vahap Küçük Meslek Yüksekokulu
Su Ürünleri Bölümü

 


İmren Özcan

İnönü Üniversitesi
Fen-Edebiyat Fakültesi
Kimya Bölümü

 

1. Giriş
Poliüretanlar (PU), termoplastik elastomerler ailesinin en önemli alt sınıflarından biridir. Diizosiyanatların diollerle aşamalı büyüme polimerizasyonu ile hazırlanabilirler [Ozkaynak vd, 2005]. Reaksiyon sırasında hidroksil gruplarının hidrojen atomları, izosiyanat gruplarının azot atomlarına aktarılır. Poliüretanlar, üretan grubuna ek olarak eter, amid ve üre gibi farklı fonksiyonel gruplarda içerir. R grubundaki değişiklikler ve amid hidrojenin yer değiştirmesi çoklu üretanlar üretir [Gültekin 2006, Howard vd., 2002, Lee vd., 2001; John vd., 2002;Zlatanic vd., 2003]. Poliüretanlar sentez sırasında kullanılan hammaddelerde yapılan değişiklikler ile istenilen özelliklere sahip malzemeler üretilebilmektedir [Gültekin 2006; Howard vd., 2002; Lee vd., 2001]. Poliüretan malzemeler ilk kez 1950’lerin sonunda biyomedikal uygulamalarda tanıtıldı. Son yıllarda, protez, medikal cihaz ve ekipmalar için kullanılan biyomalzemeler hızlı bir gelişme göstermiştir. Özellikle poliüretan, mükemmel biyouyumluluğu ve değişen mekanik özellikleri nedeniyle doku mühendisliği, yara örtüleri, damarsal stentler vb. olmak üzere her türlü tıbbi cihazın hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmıştır [Griesser, 1991; Lamba vd., 1997; Zdrahala and Zdrahala, 1999; Vermette vd., 2001].

2. Yara Örtü Malzemeleri
Yara; fiziksel, kimyasal, mekanik ve termal hasarlarla cilt yüzeyinde yaralanma veya yırtılma olarak tanımlanabilir. Deri zarar gördüğünde, ortaya çıkan yara uygun bir pansuman ile kaplanarak daha fazla kontaminasyon veya travmadan korunmalıdır. Etkili yara iyileşmesini sağlamak için kullanılacak yara örtü malzemesi, toksik olmayan ve biyolojik olarak uyumlu, gaz değişimini sağlayan ve yarayı dış mekanik strese karşı korumalıdır. Yara örtü malzemesi ayrıca yaralı cilt üzerinde nemli bir ortam sağlamalı ve korumalıdır, ancak bu şartlar altında iyileşme sürecinin hızlanabileceği yaygın olarak kabul edilir [Gharibi vd., 2015; Boateng vd., 2008; Sweeney vd., 2012]. İdeal yara örtü malzemesinin genel özellikleri Tablo 1. de gösterilmiştir [Vowden vd., 2017, Harding vd., 2000, Harding vd., 2013].

Yara örtüleri geleneksel ve modern yara örtüleri olmak üzere iki grupta incelenebilir. Geleneksel yara örtülerine; gazlı bez, yara bandı, bandaj, pamuk, yün vb. gibi ürünleri verebiliriz. Geleneksel örtüler yara yayılımını engelleyen kuru örtülerdir. Geleneksel örtüler, yara iyileşmesi için nemli bir ortam sağlayamadığından modern malzemelerle değiştirilmiştir [Krishnan vd.,2019, Sezer vd.,2011, Dhivya vd.,2015, Viji vd.,2015]. Modern yara örtüleri tipik olarak sentetik polimerlere dayanır ve pasif, interaktif ve biyoaktif olarak sınıflandırılır. Yarayı örtmek için gazlı bez, tül vb. gibi pasif örtüler kullanılır. Böylece yara alt kısımda iyileşebilir. İnteraktif yara örtüler; filmler, köpükler, hidrokolloidler ve hidrojeller formunda kullanılabilir [Dhivya vd.,2015, Viji vd.,2015, Mogoşanu vd.,2014]. Biyoaktif yara örtüleri; kollojen, hiyaluronik asit, aljinat vb. gibi biyopolimerlerden üretilir. Bu yara örtüleri zaman zaman yara iyileşme sürecini artırmak için antimikrobiyallerde içermektedir [Krishnan vd.,2019].

Yukarıda sınıflandırılan yara örtü malzemelerine örnekler verecek olursak; hidrokolloid yara örtüleri emici bileşenlerden (tipik olarak karboksimetilselüloz, pektin veya jelatin) oluşur. Hidrokolloidler minimum ile orta miktarda drenaj emebilir [Vowden vd., 2017]. Pediatrik yara bakımlarında çıkartılırken dokuya zarar vermediği için tercih sebebidir [Boateng vd.,2007]. Hidrojeller sentetik polimerlerden yapılmış çözenmeyen hidrofilik maddelerdir. Genellikle açık veya şeffaf olduklarından örtü malzemesi çıkarılmadan yara izlenebilir. Dezavantajı olarak bakteriyel çoğalıma yol açabileceğinden, kötü koku ve eksüda oluşumundan bahsedilmiştir [Krishnan vd.,2019, Vowden vd., 2017]. Film örtüler; akrilik bir yapışkanla kaplanmış esnek şeffaf poliüretan tabakalardır. Bu örtüler yarı geçirgendir. Hastanın vücuduna kolayca uygulanır. Filmler saydam olduğundan yara kolayca izlenebilir. Film yara örtülerinin kullanımı kolaydır, ucuzdur, oksijen ve su buharına yarı geçirgendir [Vowden vd., 2017, Krishnan vd.,2019]. Köpük yara örtüleri; yarı geçirgendir ve bakteri bariyerli ile hidrofobik veya fidrofiliktir. Poliüretan veya silikon bazlıdırlar. Yaraya ısı yalıtımı sağlar, nemli bir yara ortamı yaratır, yapışmaz ve atravmatik olarak örtü malzemesinin uzaklaştırılmasına izin verir. Antimikrobiyaller, nemlendiriciler veya antiinflamatuar analjezikler gibi ajanları yaraya bırakan köpük örtüler de mevcuttur [Vowden vd., 2017]. Aljinat yara örtüleri, kahverengi deniz yosunundan elde edilen lifli bir üründür. Aljinat yara sıvısıyla temas ettiğinde bir jel oluşturur. Oluşan bu jel yaraya sıkışan lifi ortadan kaldırır ve sargının fazla travma olmadan giderilmesine yardımcı olur. Ayrıca bu yara örtüleri, ağırlığının 20 katına kadar sıvı içine emebilmektedir [Vowden vd., 2017, Krishnan vd.,2019]. Biyoaktif yara örtüleri, doğal dokulardan veya yapay kaynaklardan türetilmiş doku tasarımlı ürünleri içerir. Biyomalzeme normal yara iyileşiminde ve yeni doku oluşumunda hayati rol oynar. Bu yara örtüleri bütünsel iyileşme aktivitesine sahiptir. Antimikrobiyal ajanlar, insülin gibi biyoaktif bileşiklerin salınımına destek sağlayabilir [Georgescu vd.,2017]. Günümüzde kullanılan topikal antimikrobiyal ajanlar arasında iyot içeren ürünler (kadoxomer iyot ve povidon iyot), gümüş içeren ürünler (gümüş sülfadiazin ve iyonik gümüş emdirilmiş örtüler) ve poliheksamin gibi antiseptik maddeler içeren ürünler bulunmaktadır [Vowden vd., 2017].

3. Poliüretan Temelli Yara Örtü Malzemeleri
Poliüretanlar, yüksek biyouyumlulukları, oksijen ve karbondioksit için iyi geçirgenlik, mükemmel mekanik dayanım ve uygun esneklik özelliklerinden dolayı yara örtü malzemesi olarak oldukça yaygın kullanılmaktadır [Xu vd., 2013, Gharibi vd., 2015]. Poliüretan temelli literatürde yapılan yara örtü malzemeleri aşağıda sıralanmıştır.
• Gultekin ve ark. trigliserit yağlarının ana bileşimi olan linoleik asit temelli biyouyumluluğu yüksek, poliüretan film üretimi gerçekleştirilmiştir [Gultekin vd.,2008]. Sentezlenen film Şekil 1’de gösterilmektedir [Gultekin vd.,2008].

Şekil 1. Linoleik asit temelli poliüretan film [Gultekin vd., 2008]

• Poliüretan, dekstran ve siprofloksasin HCl (CipHCl) ilacından oluşan bir çözeltinin elektrospinlenmesi ile ideal antibakteriyel özellikli nanofibröz yara örtü malzemesi elde edilmiştir.
• Poliüretan/siloksan bazlı elektroaktif, antibakteriyel ve antioksidatif özelliğe sahip yara örtü membranları sol-jel yoğunlaşmasıyla hazırlanmış ve in vitro test sonuçlarına göre hazırlanan örtü materyalinin yara modelinde hızlı iyileşmeye neden olduğu Gharibi ve ark. tarafından gösterilmiştir [Gharibi vd., 2015].
• Antimikrobiyal, endotoksin imidazolyum tipi katyonik poliüretan köpük yara örtüleri Ding ve ark. tarafından hazırlanmıştır [Ding vd., 2019]. İn vivo sonuçlar sonrası yara örtü materyalinin antimikrobiyal potansiyeli kanıtlanmıştır. Şekil 2’de sentezlenen antimikrobiyal, endotoksin imidazolyum tipi katyonik poliüretan köpük ve grafiksel özeti verilmiştir [Ding vd., 2019].

Şekil 2. Antimikrobiyal, endotoksin imidazolyum tipi katyonik
poliüretan köpük ve grafiksel özet [Ding vd., 2019]

• Guanidin hidroklorür içeren poliüretan biyouyumlu, antimikrobiyal özellikli yara örtü malzemesi Sahraro vd. tarafından başarı ile elde edilmiştir [Sahraro vd.,2016].
• Farklı konsantrasyonlarda propolis ekstraktı içeren yüksek gözenekli poliüretan (PU) köpük biyouyumlu, antimikrobiyal yara örtü materyalleri hazırlanmıştır. Hazırlanan örtü malzemelerinde daha iyi cilt yara iyileşmesi olduğu in vivo olarak ortaya konmuştur [Khodobakhshi vd.,2019].
• Gümüş ve asyatikosid (AS) içeren polüretan antimikrobiyal, sitotoksik olmayan köpük yara örtü malzemeleri de geliştirilmiştir. Yapılan in vivo deneysel yara modelinde yara onarım etkinliği kontrole göre yüksek düzeyde olduğu deneysel olarak kanıtlanmıştır [Namviriyachote vd., 2018].
• Jafari ve ark. tarafından poliüretan/TiO2/kitozan içeren biyouyumlu, antibakteriyel nanokompozit yara örtü malzemesi elde edilmiştir [Jafari vd.,2018]. Elde edilen gözenekli nanokompozit yara örtü malzemesi Şekil 3’te görülmektedir [Jafari vd.,2018]. Bu tür kitosan temelli PU nanokompozitler yüksek gaz geçirgenliğine sahiptir.

Şekil 3. Poliüretan/TiO2/kitozan içeren biyouyumlu, antibakteriyel
nanokompozit yara örtü malzemesi [Jafari vd.,2018]

• Usnik asit (UA) yüklü polianilin/poliüretan (PANİ/ PU) içeren düşük maliyetli köpük yara örtü malzemesi geliştirilmiştir. Kompozitin biyofilm inhibisyonu ve antibakteriyel etkinlikleri deneysel olarak gözlenmiştir [R.dos Santos vd.,2018].
• Gözenekli poliüretan-üre köpük (PUUF) form yara örtü malzemesi hazırlanmıştır. Hazırlanan bu örtü malzemesi yara iyileşimi için nemli bölgesel ortamı oluşturmanın yanında bol miktarda yara eksüdalarını adsorbe etmiştir. Hemostatik etki ve düşük toksisite ile yeni güçlü yara iyileştirmesinde etkili bir örtü malzeme adayıdır. Şekil 4’te PUUF yara örtü köpük malzemesinin hem SEM hem de deneysel oluşturulan yara iyileşim görüntüsü verilmektedir [Liu vd.,2017].

Şekil 4. Poliüretan-üre köpük form (PUUF) yara örtü malzemesinin
a) SEM görüntüsü b) Deneysel oluşturulan yara modelinde zamana
bağlı yara onarım götüntüleri [Liu vd.,2017]

• Hiyaluronik asit ve gümüş sülfadiazinle doyurulmuş poliüretan köpük form yara örtü malzemesi literatürde yerini almıştır. Deneysel oluşturulan sıçan derisi hasarlarında 1 hafta gibi kısa sürede yara ebatı %77 oranında iyileşerek azalma göstermiştir [Cho vd.,2002].
• Hint yağı ve bir 1,2-triazolyum halkası içeren yeni bir soya yağı bazlı poliol karışımından antimikrobiyal, biyouyumlu poliüretan yara örtü malzemeleri hazırlanmıştır. Elde edilen malzemenin mükemmel gerilme mukavemeti iyileşme sürecinin tamamı boyunca yaranın mekanik korunmasına destek olmuştur. Ayrıca nem ve hijyenik bir ortamı sağlayarak yara iyileşmesini destekler [Gholami vd.,2018].
• Grafen oksit dahil edilmiş biyouyumlu, antimikrobiyal poliüretan/siloksan membranlar hazırlanmıştır [Shams vd.,2017]. Çapraz bağlanmış siloksan alanlar ve polimerik zincirler içerisinde grafen oksit varlığı, yara örtü malzemesi için gerekli mekanik gücü güçlendirmiştir. Yara örtü malzemesinin omurgasındaki hidrofilik ve fidrofobik kısımların kombinasyonu, uygun yara eksüda yönetimi sağladı. Sıçan hayvan modelinde grafen oksit içeren yara örtü malzemesinin yeniden epitelizasyonu, artırılmış vaskülarizasyon ve iyileşmiş doku üzerinde kollajen birikimi ile yara iyileşmesinin desteklendiği ortaya konmuştur. Çalışma Şekil 5’te özetlenmiştir [Shams vd.,2017].

Şekil 5. Grafen oksit içeren poliüretan/siloksan yara örtü
malzemesinin doku iyileşmesi üzerindeki etkisini gösteren grafiksel
özet [Shams vd.,2017]

• Termoplastik gözenekli nanokompozit polüüretana; ayrı ayrı nano-gümüş ve dopamin ilavesi ile antibakteriyel, yarada yeniden epitelizasyon sürecini hızlandıran biyouyumlu yara örtü malzemeleri hazırlanmıştır. Şekil 6 hem termoplastik poliüretan/ dopamin hem de termoplastik poliüretan/nanogümüş yapılarının SEM, malzeme bükülmelerini hem de yara iyileşim görüntüleri verilmiştir [Liu vd.,2018].

Şekil 6. a) Dopamin içeren termoplastik gözenekli poliüretan b) nano-gümüş içeren termoplastik gözenekli poliüretan yapılarının SEM, malzeme bükülme ve yara iyileşim görüntüleri [Liu vd.,2018]

• Elektrospinleme tekniği kullanılarak bakır sülfat nano lifleri ile harmanlanmış ve poliüretan bazlı yara örtüsü geliştirilmiştir. Bu yara örtü materyallerinin SEM görüntüsü Şekil 7’de görülmektedir [Jaganathan vd.,2018].

Şekil 7. Poliüretan/bakır sülfat nanokompozitin SEM görüntüsü [Jaganathan vd.,2018]

• Sinnamaldehit modifiyeli antibakteriyel mikroporöz poliüretan yara örtüsü elde edilmiştir. [Kucinska- Lipka vd.,2019].
• Poliüretan hidrojel yara örtü köpükleri de literatürde oldukça önemli bir yer tutmaktadır [Lundin vd.,2017].
• Sulu bir ortamda in sitü polimerizasyonla su bazlı poliüretan/poli (N-vinilpirolidon) kompozit filmler hazırlanmıştır. Deneysel sonuçlar sonrası, hazırlanan bu filmin yara yatağının kabuk oluşumunu ve dehidrasyonunu önlemek için gereken nemli ortamı sağlayan ve koruyan yeni yara örtü malzemesi olarak yüksek potansiyele sahip olabileceği Yoo vd. tarafından belirtilmiştir [Yoo vd.,2008].
• Farklı oranlarda poli (ε-kaprolakton), lizindiizosiyanat, 1,4-bütadiamin içeren semi-interpenetre polimerik ağlar, termal başlatmalı serbest radikal polimerizasyonu yoluyla sentezlenmiştir. Elde edilen ağların kuru halde şeffaf ve düşük sıcaklıkta önemli miktarda su emme kapasitesi Reddy vd. tarafından araştırılmıştır [Reddy vd.,2009].

4. Sonuç ve Değerlendirme
Yara tiplerinin çeşitliliği beraberinde yara örtülerinin de çeşitliliğini getirmiştir. Literatür son zamanlarda yüksek biyouyumlulukları, oksijen ve karbondioksit için iyi geçirgenlikleri, mükemmel mekanik dayanımları ve uygun esneklik özelliklerinden dolayı poliüretan temelli yara örtülerine yönelik araştırmaların arttığını görmekteyiz. Poliüretan bazlı yara örtülerine antimikrobiyal, antioksidatif, büyüme faktörü vb. yara tedavisinde önemli rol oynayan ajanların var olan literatürler dışında seçilerek, çoklu etkinliğe sahip, yara iyileşim hızını artıran, yeni teknolojik ilerlemeler paralelinde alternatif yara örtü geliştirilmesine devam edilmelidir.

Kaynaklar
Boateng J, Mathews K. Journal of pharmaceutical Sciences, 2008, 97:2892-2923.
Boateng J.S, Matthews K.H, Stevens H.N, Eccleston G.M. International Journal of Pharmaceutics, 2007,97:2892-2893.
Cho Y-S, Lee J-W, Lee J-S Journal Of Materıals Scıence: Materıals In Medıcıne Iq, 2002, 13: 861-865.
Dhivya S, Padma V.V, Santhini E. Biomedicine, 2015, 5:22.
Ding Y,Sun Z, Shi R, Cui H, Liu Y, Mao H, Wang B, Zhu D, Yan F. ACS Applied Materials&Interfaces, 2019,11:2860-2869.
Georgescu M, Chifiriuc C.M, Marutesc L, Gheorghe I, Lazar V, Bolocan A, Bertesteanu S. Current Organic Chemistry, 2017, 21:53-63.
Gharibi R, Yeganeh H, Rezapour-Lactoee A, Hassan Z.M. ACS Applied Materials&Interfaces, 2015, 7:24296-24311.
Gharibi R, Yeganeh H, Rezapour-Lactoee A, Zuhair M.H. ACS, Applied & Materials Interfaces, 2015, 7:24296-24311.
Gholami H, Yeganeh H, Burujeny S.B, Sorayya M. Journal of Polymer and the Environment, 2018, 26:462–473.
Griesser H.J. Polymer Degradation and Stability, 1991, 33: 329–54.
Gültekin G, Atalay-Oral Ç, Erkal S, Sahin F, Karastova D, Tantekin-Ersolmaz B, Guner F.S. Journal of Materials Science: Materials in Medicine,2009, 20:421–431.
Harding K, Cutting K, Price P. British Journal of Nursing, 2000, 9:6- 10.
Harding K, Posnett J, Vowden K. International Wound Journal, 2013, 10:623-629.
Howard G.T. International Biodeterioration & Biodegradation, 2002, 49:245-252.
Jafari A, Hassanajili S, Karimi M.B, Emami A, Ghaffari F, Azarpira N. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2018,88:395-405.
Jaganathan S.K, Mani M.P. Biotech, 2018, 8:327.
John J, Bhatachary M, Turner B.R. Journal of Applied Polymer Science, 2002, 86, 3097-3107.
Khodabakhshi D, Eskandarinia A, Kefayat A, Rafienia M, Navid S, Karbasi S, Moshtaghian J. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces,2019, 6:177-184.
Krishnan K.A, Thomas S. Polymers Advanced Technoogies, 2019, 30:823-838.
Kucinska Lipka J, Gubanska I, Lewandowska A, Terebieniec A, Przybytek A, Cieliski H. Polymer Bulletin, 2019, 76:2725-2742.
Lamba N.M.K, Woodhouse, K.A, Cooper, S.L. Boston: CRC Press. 1997.
Lee J.S, Cho Y.S, Lee Y.W, Kim H.J, Pyun D.G, Park M.H, Yoon T.R, Lee H.J, Kuruyanagy Y. 2001, 15:4-6.
Liu M, Liu T, Chen X, Yang J, Deng J, He W, Zhang X, Lei Q, Hu X, Luo G, Wu J. Journal of Nanobiotechnology, 2018, 16:89.
Liu X, Niu Y, Chen K.C, Chen S. Materials Science and Engineering C 71 (2017) 289–297.
Lundin J.G, Daniels G.C, McGann C.L, Stanbro J, Watters C, Stockelman M, Wynne J.H. Macromolecular Materials and Engineering,2017, 302:1-10.
Mogojanu G, Grumezescu A.M. International Journal of Pharmaceutics, 2014,463:127-136.
Namviriyachote N, Lipipun V, Akkhgwattanangkul Y, Charoonrut P, Ritthide G.C. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences,2019, 14:63-77.
Ozkaynak M.U, Atalay-Oral C, Tantekin-Ersolmaz S.B, Güner F.S. Macromolecular Symposia. 2015, 228:177-184.
R. dos Santos M, Alcaraz-Espinoza J.J, M. da Costa M, P. de Oliveira H. Materials Science & Engineering C, 2018, 89:33-40.
Reddy T.T, Kano A, Maruyama A, Hadano M, Takahara A. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials”, 2009,88:32-40.
Sahraro M, Yeganeh H, Sorayya M. Materials Science and Engineering C, 2016, 59:1025–1037.
Sezer A.D, Cevher E. Biomaterials Applications for Nnaomedicine, 2011, 383-414.
Shams E, Yeganeh H, Naderi-Manesh H, Gharibi R, Hassan Z.M. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 2017, 28:75.
Sweeney I.R, Miraftab M, Collyer G.A. International Wound Journal, 2012, 9:601-612.
Unnithan A.R, Barakat N.A.M, Tirupathi Pichiah P.B, Gnanasekaran G, Nirmala R, Cha Y-S, Jung C-H, El-Newehy M, Kim H.Y. Carbohydrate Polymers, 2012, 90:1786–1793.
Vermette P, Griesser H.J, Laroche G, Guidoin R. Tissue Engineering Intelligence Unit 6. Georgetown, TX: Landes Bioscience. 2001.
Viji C.S, Amritha S.T, Rajalekshmi G, Pandimadev M. International Journal of Pharma and Bio Sciences, 2015, 6:1365-1389.
Vowden K, Wowden P. Surgery, 2017,35:489-494.
Xu H, Chang J, Chen Y, Fan H, Shi B. Journal of Materials Science, 2013, 48:6625-6639.
Yoo H. J, Kim H.D. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials”, 2008, 85:326-333.
Zdrahala R.J, Zdrahala I.J. “Journal of Biomaterials Applications, 1999, 14: 67–90.
Zlatanic A, Lava C, Zhang W, Petrovic Z.S. Journal of Polymer Science, 2003, 4a:809-819.