Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка композитных имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
композит, имплантат, биодеградируемый полимер, композиция, биосовместимость, реконструктивно-восстановительной хирургия, черепно-лицевая хирургия, онкология, травматология.

Цель проекта:
Создание имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области, обладающих одновременно комплексом необходимых свойств: высокой способностью интегрироваться с костной тканью, каркасностью, барьерностью, моделируемостью, онкобезопасностью. Цели реализуемого проекта: 1 Разработка экспериментальных образцов имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области на основе каркаса из металлической сетки и высокопористого трехмерного пространственно-структурированного биорезорбируемого композитного материала, сочетающих способность к остеоинтеграции и противорецидивное действие у больных онкологического профиля. 2 Исследование местного и системного воздействия (доклинические медико-биологические исследования) экспериментальных образцов имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля. 3 Разработка рекомендаций по производству и применению имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ.
2 Лабораторный технологический регламент изготовления имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области.
3 Эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области.
4 План исследований экспериментальных образцов имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля.
5 Программа и методики исследовательских испытаний физико-химических свойств экспериментальных образцов имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области.
6 Программа и методики исследовательских испытаний медико-биологических свойств экспериментальных образцов имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области.
7 Методика оценки способности экспериментальных образцов имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области обеспечить онкобезопасность.
8 Экспериментальные образцы имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области.
9 Рекомендации по производству и применению имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля.
10 Проект технического задания на выполнение ОКР по теме «Разработка биодеградируемых полимерных имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области».
11 Инструкция по стерилизации имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля.
12 Технико-экономическое обоснование разработки имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера – организации реального сектора экономики.
Основные характеристики планируемых результатов, научной продукции
Лабораторная технология изготовления имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области включает следующие разрабатываемые методики:
1 формирования высокопористого трехмерного пространственно-структурированного биорезорбируемого композитного материала, обладающего остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами и обеспечивающего интеграцию имплантата с живыми тканями,
2 модифицирования металлической сетки (каркаса имплантата, металлической арматуры) с целью формирования кальций-фосфатного изолирующего покрытия,
3 интеграции высокопористого трехмерного пространственно-структурированного биорезорбируемого композитного материала и модифицированной металлической сетки с целью изготовления имплантата,
4 плазменной обработки имплантата для придания его поверхности гидрофильных свойств.
Методики исследовательских испытаний физико-химических свойств экспериментальных образцов имплантатов включают исследования:
- морфологии поверхности имплантатов методом растровой электронной микроскопии;
- морфологии поверхности и поверхностного потенциала имплантатов методом атомно-силовой микроскопии;
- прочности при одноосном растяжении имплантатов с учетом требований ГОСТ Р 53226-2008;
- фазового состава имплантатов методом рентгеновской дифракции;
- химического состава имплантатов методом ИК спектроскопии полного внутреннего отражения;
- химического состава имплантатов методом энергодисперсионного анализа;
- остаточных количеств органических растворителей в имплантатах методом газовой хроматографии;
- теплофизических свойств имплантатов методом дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрии;
- свободной поверхностной энергии имплантатов методом оптической гониометрии.
Методики исследовательских испытаний медико-биологических свойств экспериментальных образцов имплантатов разрабатываются с учетом требований ГОСТ Р 53434-2009, ГОСТ Р 53079.1-2008, ГОСТ Р 53079.2-2008 и включают исследования:
- остеогенных свойств имплантатов с использованием тест-клеток остеогенной саркомы in vitro путем оценки генной экспрессии соответствующих цитокинов методом полимеразной цепной реакции в реальном времени;
- способности имплантатов к интеграции в жировую и мышечную ткани в системах in vivo путем морфологических исследований динамики регенераторного процесса методами оптической микроскопии;
- способности имплантатов к интеграции в костную ткань в системах in vivo путем морфологического исследования динамики остеогенеза в пограничной с имплантатом ткани и глубины проникновения костной ткани в имплантат методами оптической и флуоресцентной микроскопии;
- системного воздействия имплантатов на лабораторных животных биохимическими методами;
- системного воздействия имплантатов на лабораторных животных методами оптической микроскопии;
- способности имплантата аккумулировать и высвобождать биологически активные субстанции и лекарственные препараты иммуногистохимическим методом;
- способности имплантата аккумулировать и высвобождать биологически активные субстанции и лекарственные препараты методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Методика оценки способности имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области обеспечить онкобезопасность разрабатывается с учетом требований ГОСТ Р 53434-2009 и включает:
- оценку влияния имплантатов на рост первичной опухоли на экспериментальной модели перевиваемой метастазирующей опухоли методом морфометрического измерения первичного опухолевого узла в трех проекциях;
- оценку влияния имплантатов на метастазирование на экспериментальной модели перевиваемой гематогенно метастазирующей опухоли методом световой микроскопии.
Экспериментальные образцы имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области изготавливаются в количестве не менее 60 шт.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разработанные в ходе выполнения ПНИ имплантаты должны предназначаться для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля.
Экспериментальные образцы имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области должны состоять из:
1) каркаса из металлической сетки (арматуры),
2) высокопористого трехмерного пространственно-структурированного биорезорбируемого композитного материала, интегрированного с каркасом.
Каркасы из металлической сетки должны быть изготовлены из материала, разрешенного для медицинского применения, и отвечать следующим требованиям:
- толщина не менее 300 мкм,
- наличие кальций-фосфатного изолирующего покрытия толщиной не менее 0,7 мкм,
- содержание кальция и фосфора в покрытии не менее 40 масс %.
Высокопористый трехмерный пространственно-структурированный биорезорбируемый материал должен быть изготовлен из биорезорбируемых полимеров, разрешенных для медицинского применения, и отвечать следующим требованиям:
- размер макропор не менее 40 мкм,
- наличие капилляров размером не менее 1 мкм,
- адгезионная прочность к материалу металлической сетки (арматуры) не менее 20 МПа.
Экспериментальные образцы имплантатов должны отвечать следующим требованиям:
- линейные размеры не менее 40×40×1,5 мм,
- эластичность, определенная по методу ИСО 1519, не менее 4 мм,
- пористость не менее 40%,
- краевой угол смачивания поверхности, подвергнутой плазменной обработке, не менее 40°,
- отсутствие общих токсикологических реакций по ГОСТ Р ИСО10993,
- обладать остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами – продуцировать рост костной ткани в тесте эктопического остеогенеза на лабораторных животных не менее чем в 70% случаев,
- противорецидивное действие,
- возможность низкотемпературной газовой стерилизации.
Новизны научных и технологических решений заключается в следующем:
- применение вакуумных ионно-плазменных методов для повышения защитных и биосовместимых свойств металлической арматуры имплантатов,
- применение метода аэродинамического формования с целью формирования высокопористого трехмерного пространственно-структурированного биорезорбируемого композитного материала,
- применение метода лазерной абляции для получения мелкодисперсных порошков кальций-фосфатных материалов,
- применение биодеградируемых полимеров для создания композитных имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области,
- применение метода ВЧ магнетронного распыления твердотельной мишени из кальций-фосфатных материалов для модифицирования поверхности биодеградируемых полимеров,
- разработка химического метода модифицирования поверхности высокомолекулярной полимолочной кислоты,
- результаты исследований физико-химических свойств экспериментальных образцов имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области,
- разработка способа выполнения измерений лицевого скелета у больных опухолями полости носа и придаточных пазух, предназначено для моделирования имплантатов для протезирования стенок орбиты после резекции или травматического повреждения.

Полученные научные результаты соответствуют результатами аналогичных работ, определяющих мировой уровень.
В отличие от существующих аналогов в разрабатываемом имплантате вместо пористого полиэтилена используется биодеградируемый композитный материал с модифицированной поверхностью, обладающий биоактивностью, металлическая сетка имеет защитное биоактивное покрытие.

Пути и способы достижения заявленных результатов:
1. В соответствии с требованиями ТЗ разработаны программа и методики исследований, учитывающие требования нормативных документов; исследования проводятся квалифицированными исследователями на современном оборудовании в центрах коллективного пользования с привлечение объектов зарубежной инфраструктуры.
2. Технологические работы и изготовление экспериментальных образцов выполняются на уникальных научных установках, проводится модернизация и закупка нового оборудования.
3. Для выполнения работ привлекаются соисполнители.
4. Осуществляется софинансирование работ по ПНИ за счет внебюджетных источников.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные результаты будут применяться в промышленности, медицине, образовании и научных исследованиях.
1. Предприятия отрасли медицинских изделий при производстве имплантатов для остеосинтеза.
2. Медицинские учреждения, нуждающиеся в современных имплантатах для черепно-лицевой области.
3. В области общих и комплексных проблем естественных наук исследования по проекту будут использоваться для разработки технологии получения биорезорбируемых композитных материалов и технологий модифицирования медицинских изделий ионно-плазменными и химическими методами с целью увеличения их биосовместимости.
4. В области научно-методического обеспечения развития инфраструктуры вузовской науки и при проведении НИОКР полученные результаты и методы будут положены в основу разработки учебных пособий, методических материалов, для подготовки новых проектов.

Практическое внедрение планируется у Индустриального партнера ООО «КОНМЕТ», заинтересованного в расширении номенклатуры выпускаемых имплантатов.

Имплантаты на основе гибридных материалов, состоящих из прочного каркаса (арматуры) и биоразлагаемого полимера или композиции соответствуют направлению долгосрочных приоритетов прикладной науки в России: биоразлагаемые и композитные материалы медицинского назначения. Актуальность усовершенствования костных имплантатов отмечена и по итогам проекта Всемирной организации здравоохранения «Приоритетные устройства медицинского назначения». Полученные при выполнении ПНИ результаты позволят создать имплантаты нового поколения с конкурентной ценой.
Проект соответствует основному направлению технологической модернизации экономики России, раздел 4: «Медицинские технологии: диагностическое оборудование, медицинские изделия и материалы». Среди критических технологий РФ проект отвечает разделам «Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов» и «Технологии биоинженерии». Результаты проекта будут способствовать разработке новых технических решений в указанных областях знаний.

В проекте участвуют зарубежные научные центры Германии и Австралии, планируемые результаты позволят развить исследования в рамках международного сотрудничества. Результаты ПНИ демонстрируются на научных конференциях, представляются в печати и на телевидении, что способствует развитию системы демонстрации и популяризации науки.

Текущие результаты проекта:
- Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации.
- Проведены патентные исследования.
- Разработана эскизная конструкторская документация.
- Разработан проект лабораторного регламента изготовления имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области.
- Разработан План, Программы и Методики исследовательских испытаний физико-химических и медико-биологических свойств экспериментальных образцов имплантатов, Методика оценки способности имплантатов обеспечить онкобезопасность.
- Изготовлены экспериментальные образцы имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области.
- Проведены исследования физико-химических свойств экспериментальных образцов имплантатов, анализ полученных результатов, выбор оптимальных технологических параметров.
- Разработаны методика формирования высокопористого трехмерного пространственно-структурированного биорезорбируемого композитного материала, обладающего остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами и обеспечивающего интеграцию имплантата с живыми тканями и методика модифицирования металлической сетки (арматуры) с целью формирования кальций-фосфатного изолирующего покрытия.

В 2014-2015 гг. опубликовано 5 статей в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus/WEB of Science, подготовлено 3 РИД, проведено 3 мероприятия по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки, подготовлено 2 диссертации на соискание ученых степеней, использовано 2 уникальные научные установки, оборудование 2-х центров коллективного пользования научным оборудованием, 1 объект зарубежной инфраструктуры сектора исследований и разработок.