Регистрация / Вход
Прислать материал

Теоретические и экспериментальные исследования по лазерной технологии конструирования трехмерного биосовместимого нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава и его прототипирования для реконструкции сухожильно-связочного аппарата.

Докладчик: Подгаецкий Виталий Маркович

Должность: Профессор кафедры биомедицинских систем

Цель проекта:
1 Лазерное прототипирование универсальной трехмерной нанобиоконструкции из биосовместимых материалов нового поколения для восстановления сухожильно-связочного аппарата человека. 2.1 Cоздание лазерным методом нового типа имплантата связок коленного сустава на основе нанокомпозитного материала. 2.2 Разработка и вывод на рынок импортозамещаемой продукции и технологий.

Основные планируемые результаты проекта:
1.1 Выбор наиболее эффективного способа нанобиоконструкции связок коленного сустава.
1.2 Применение новой лазерной технологии закрепления нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава в месте соединения имплантат-кость.
1.3 Создание белковой наноструктурной матрицы путем модификации поверхности полимерных волокон при лазерной полимеризации .
1.4 Получение полотняных переплетений в составе имплантата из биосовместимых полимерных волокон методом электроспиннинга.
2.1 Экспериментальные образцы биосовместимого материала, состоящие из материала на основе водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок:
- плотность: не более 1300 кг/м3;
- прочность при растяжении: не менее 10 МПа;
- содержание примесей - менее 5 %:
- термостойкость: до 45 ºС.
2.2 Экспериментальные образцы биосовместимого каркаса:
- средние размеры составляющих наноэлементов: не более 500 нм;
- размеры кластеров из наноэлементов: не более 10 мкм;
- объемная плотность кластеров: 106 - 108 см-3.
2.3 Экспериментальные образцы трехмерных нанобиоконструкций:
- твердость по Виккерсу: не менее 250 МПа;
- объёмное содержание пор: 10-30 %;
- размер пор:10-800 мкм.
2.4 Экспериментальные образцы нанокомпозитных имплантатов:
- твердость по Виккерсу: не менее 100 МПа;
- степень деформации в упругой области: не менее 3 %;
- краевой угол смачивания: менее 50°;
- объем пор: 0,1-0,5 см3/г;
- диаметр пор: 20-100 нм;
- потеря массы в сыворотке крови: не более 10 %/неделю.
- снижение индекса выживаемости лейкоцитов в сыворотке крови: не более 10 %;
- гемолитическая активность - не выше 25 %.
3 Научные и технологические решения основаны на авторских разработках. Методики и решений задач при выполнении ПНИ будут иметь уровень существенной новизны, составляя содержание планируемых заявок на патентование.
4 Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющих мировой уровень. которые ведутся в Европе и США, указывает на оригинальность и патентоспособность предполагаемых результатов ПНИ.
5.1 Cоздание нового типа имплантатов связок коленного сустава на основе нанокомпозитного материала с механическими характеристиками имплантата, соответствующими характеристикам нативных биологических тканей;
5.2 Улучшенная остеокондуктивность и остеогенез на границе имплантат связок коленного сустава – костный канал;
5.3 Отсутствие нагноения вследствие использования бесконтактного метода лазерного соединения имплантата связок коленного сустава с костной тканью, бескровное, быстрое и малотравматичное для пациента оперативное вмешательство, сокращение продолжительности операции и скорейшая послеоперационная реабилитация.
5.4 Коммерческая доступность имплантатов связок коленного сустава на основе нанокомпозитного материала для медицинских учреждений РФ.
5.5 Основной риск, препятствующий успешному выполнению ПНИ, связан с возможными изменениями в законодательной базе, регламентирующей процедуру регистрации медицинских изделий.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.1 Потребителем планируемых результатов ПНИ в первую очередь будет индустриальный партнер - ОАО «Зеленоградский инновационно-технологический центр» (ОАО «ЗИТЦ»). У организации-исполнителя ПНИ - Национального исследовательского университета "МИЭТ" и ОАО «ЗИТЦ» уже имеется опыт сотрудничества такого рода. За последние 5 лет сотрудниками кафедры биомедицинских систем МИЭТ были разработаны медицинские системы дефибрилляции сердечных ритмов, гемодиализа и гемодиафильтрации крови, а также носимый аппарат вспомогательного кровообращения левого желудочка сердца человека с имплантируемым насосом крови.
1.2 Основными областями науки и техники, в которой могут быть актуальны планируемые результаты ПНИ, являются восстановительная медицина и пластическая хирургия, а также перинатальная медицина. К отраслям промышленности и социальной сферы, в которых могут они использоваться или планируемая на их основе инновационная продукция, могут быть отнесены такие хирургические и трансплантационные центры, как НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, ФНЦ трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И. Шумакова, АНО «НИИ микрохирургии», ФГБУ "ВНИИИМТ" Росздравнадзора, Новосибирский НИИ патологии кровообращения им. академика Е.Н. Мешалкина и др.
2 Практическое внедрение планируемых результатов будет включать получение охранных документов на изобретения, публикации основных результатов ПНИ в высокорейтинговых журналах, участие во Всероссийских и Международных мероприятиях (семинары, конференции, выставки и т.д.) для освещения и популяризации промежуточных и окончательных результатов ПНИ.
3.1 Влияние планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений, разработку новых технических решений, изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сфере может происходить путем проведения клинических испытаний имплантатов связок коленного сустава на основе нанокомпозитного материала совместно с медицинскими партнерами. Предварительные договоренности существуют с НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского и ФГБУ "ВНИИИМТ" Росздравнадзора.
3.2 Влияние планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры будет происходить путем участия в Международных конференциях публикации результатов ПНИ в ведущих научных изданиях. В МИЭТ существует отдел инновационного развития, который разрабатывает стратегию инновационной деятельности и координирует взаимодействие участников инновационной структуры. Отдел разрабатывает также комплексную стратегию сбыта и доведения продукта от разработчика к потребителю. Индустриальный партнер ОАО «ЗИТЦ» обладает современной инфраструктурой, главной целью которой является формирование достаточных условий для обеспечения полноценного процесса создания конкурентоспособной наукоёмкой и высокотехнологичной научно-технической продукции посредством предоставления современных научно-производственных площадей и доступа к исследовательскому, проектному, технологическому оборудованию и новейшим технологиям. В ОАО «ЗИТЦ» имеется отдел коммерциализации и трансфера технологий, который систематизирует информацию о перспективных инновационных разработках МИЭТ и наукоемких компаний Зеленограда, способствует их передаче в реальный сектор экономики.

Текущие результаты проекта:
1 Выбор и обоснование направления исследований и способов решения поставленных задач.
2 Аналитический обзор научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме.
3 Обзор о патентных исследованиях.
4 Аналитический обзор коммерческих вариантов искусственных имплантатов связок коленного сустава.
5 Теоретическое описание процесса получения биосовместимого материала.
6 Поиск новых искусственных нанокомпозитных биоматериалов, способствующих росту клеток микроорганизмов.
7 Методика лазерного соединения нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава с костным каналом.
8 Макет стенда для проведения экспериментальных исследований комплекса физико-механических свойств биосовместимого наноматериала.
9 Сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований методов прототипирования и 3-D печати для решения проблем ПНИ.