Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка биосовместимых биоразлагаемых наноструктурированных полимерных и нанокомпозиционных материалов и изделий для использования в общей и реконструктивно-пластической хирургии, травматологии, ортопедии.

Докладчик: Чвалун Сергей Николаевич

Должность: Зав. Отделением кристаллографии и материаловедения НБИКС-центра

Цель проекта:
Разработка новых биоразлагаемых наноструктурированных материалов и изделий с расширенными спектром свойств и улучшенными механическими характеристиками создаст новые возможности для операций в общей и реконструктивно-пластической хирургии, травматологии, ортопедии, исключит необходимость повторных хирургических вмешательств, неизбежных при использовании нерезорбируемых материалов. При внедрении полученных результатов в практику повысится качество и эффективность лечения травм и переломов, не будет необходимости в импорте крепежных изделий иностранных производителей.

Основные планируемые результаты проекта:
Задачи ПНИ и возможные пути их решения:
- Разработка методов получения наноструктурированных биоразлагаемых материалов и крепежных изделий на основе полилактонов с регулируемыми свойствами. Будет исследовано влияние химического и изомерного состава полилактонов, их молекулярной структуры и надмолекулярной организации, а также введения в них наполнителей на механические характеристики материалов и сроки их биодеградации. Перспективными для наполнения добавками являются керамика, кальций фосфаты и природные полисахариды. Будет проведено углубленное изучение структуры материалов с применением источника синхротронного излучения.
- Определение биосовместимости разработанных наноструктурированных материалов и изделий. Будет исследована цитотоксичность экспериментальных образцов, на двух видах животных будут проведены гистологические исследования образцов тканей, проведен биохимический анализ крови, определены иммунологические показатели.
- Введение в биоразлагаемые крепежные изделия лекарств и функциональных добавок. Будут разработаны подходы, позволяющие наполнять изделия лекарственными средствами, факторами роста и рентген контрастными добавками.
- Анализ коммерческих перспектив полученных результатов и рекомендации по внедрению результатов в практику. Будет разработан проект ТЗ на ОТР, проведены маркетинговые исследования, разработан бизнес-план по организации пилотного производства крепежных изделий для остеосинтеза.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Новые наноструктурированные биоразлагаемые материалы и изделия на их основе будут использованы в общей и реконструктивно-пластической хирургии, травматологии, ортопедии. Результаты работы будут обладать прогнозируемым социально-экономическим эффектом, выражающимся в уменьшении сроков реабилитации послеоперационных больных, сокращении количества койко-мест в больницах вследствие отмены повторных хирургических вмешательств, неизбежных при использовании нерассасывающихся имплантатов. После осуществления промышленного изготовления разработанных материалов и изделий они найдут применение в хирургических клиниках, центрах репаративного восстановления органов и тканей, травмопунктах.

Текущие результаты проекта:
При выполнении работ по 1 этапу получены следующие результаты:
В результате проведенного литературного обзора выполнен анализ современного состояния разработок, направленных на улучшение свойств и характеристик биоразлагаемых материалов и изделий на основе полилактида. Для повышения прочности биоразлагаемых изделий для остеосинтеза перспективным является создание наноструктурированных материалов с использованием различных типов наполнителей: керамики, алюмосиликатов, полисахаридов и др. Для улучшения биосовместимости крепежных изделий для остеосинтеза их наполняют антибиотиками, а также различными добавками, ускоряющими процесс остеосинтез.
В результате патентного поиска выявлено более 30 запатентованных технических решений, касающихся биоразлагаемых наноструктурированных полимерных и нанокомпозиционных материалов и изделий для использования в общей и реконструктивно-пластической хирургии, травматологии, ортопедии. Проводится структурирование и анализ найденных патентов.
В процессе проведения предварительной полимеризации лактонов показано, что полилактид с молекулярной массой и температурой плавления, удовлетворяющими требованиям ТЗ можно получить при использовании каталитических систем на основе олова и цинка. Получен полилактид с молекулярной массой 80-120 кДа и температурой плавления 160-170 °C. Показано, что чистота используемых мономеров напрямую влияет на свойства синтезируемых полимеров. Разработанная методика контроля качества лактонов включает проведение комплексного исследования мономеров, определения их оптической чистоты и содержания примесей. В основе методики лежит определение следующих характеристик мономера: температура плавления, энтальпия плавления, концентрация остаточной воды и молочной кислоты, а также угол вращения поляризованного излучения. Для определения этих характеристик используются следующие методы исследования: спектрофотометрия, дифференциальная сканирующая калориметрия, поляриметрия и электролиз.
С использованием подобранных при предварительной полимеризации параметров реакции синтезированы биоразлагаемые материалы на основе лактида с различным составом: поли(L-лактид), поли(D,L-лактид), поли(D,L-лактид-со-гликолид). Полученные материалы использованы для разработки методов очистки биоразлагаемых материалов от остатков мономера, механических и других примесей. Очистка проводится преимущественно от механических примесей, остатков мономера и катализатора. Для этих целей предложены методики переосаждения, вакуумной сушки и др. Показана эффективность использования выбранных методик для обеспечения необходимого уровня чистоты, соответствующего стандартам.
Для углубленного исследования наноструктурированных биоразлагаемых материалов и изделий с помощью источника синхротронного излучения предложено адаптировать методы рентгеновского малоуглового рассеяния, рентгеноабсорбционной спектроскопии и интроскопии. Данный комплекс методов позволит определить степень диспергирования и размер наполнителя в полимерной матрице, а также получить все необходимые данные о структуре разработанных материалов.
Промежуточные результаты выполнения работ были представлены руководителем работ Чвалуном С.Н. на конференции "Химия Элементоорганических Соединений и Полимеров 2014", проходившей 8-10 сентября 2014 г. в Москве.