Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.604.21.0081

Руководитель: Чвалун Сергей Николаевич

Должность: Начальник отдела нанобиоматериалов и структур Курчатовского комплекса НБИКС-технологий

Организация: федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"

Аннотация скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
полилактоны, биоразлагаемые полимерные нанокомпозиты, наноструктурированные материалы, остеосинтез, структура и свойства материалов, штифты

Цель проекта:
Разработка биоразлагаемых наноструктурированных материалов и изделий на основе полилактонов с регулируемыми механическими характеристиками и сроками биодеградации.

Основные планируемые результаты проекта:
Новые наноструктурированные композиционные материалы на основе полилактонов и гидроксиапатитов различного вида будут обладать высокими механическими характеристиками, ускорять остеосинтез и деградировать в заранее заданные сроки, замещаясь на вновь образованную костную ткань.

-Будут разработаны методы получения биоразлагаемых наноструктурированных композиционных материалов на основе полилактида и его сополимеров, наполненных гидроксиапатитами.
-Будут разработаны подходы для переработки композиционных материалов в крепежные изделия для остеосинтеза (пины и винты).
-Будет проведен комплексный анализ структуры и физико-химических свойств полученные материалов и изделий.
-Будут проведены медико-биологические испытания пинов и винтов на двух видах животных.

Новые биоразлагаемые крепежные изделия будут обладать следующими преимуществами по сравнению с аналогами:
Регулируемые сроки биодеградации (6 – 18 мес).
Улучшенные физико-механические характеристики.
Улучшенная биосовместимость благодаря наполнителю, поддерживающему нейтральный pH среды.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Крепежные изделия для остеосинтеза уже длительное время применяются в медицинской практике при лечении различных типов переломов и травм. Они позволяют зафиксировать отломки костей в правильном положении и обеспечивают сращивание кости и полное восстановление ее функций. Существует множество видов крепежных изделий, каждое из которых предназначено для лечения определенного вида травм и переломов: штифты, пины, шурупы, пластины, спицы и др. На первом этапе развития все эти изделия были металлическими. Для извлечения таких изделий после выполнения их функции требуется проведение повторной операций, при этом зачастую из-за того, что в процессе остеосинтеза нагрузка на кость ложится преимущественно на крепеж, формируется неправильная структура кости. Преодолеть все эти недостатки и предоставить принципиально новые свойства позволяют крепежные изделия на основе биоразлагаемых полимеров. Штифт, шуруп или любое другое изделие, сделанное из такого материала, постепенно рассасывается посредством гидролиза, после восстановления кости не требуется проводить операцию по удалению изделия. При этом скорость деградации близка к скорости остеосинтеза, что позволяет постепенно замещать крепежное изделие на вновь образованную костную ткань и переносить нагрузку с изделия на кость. Благодаря способности набухать в физиологической среде, полимерные крепежные изделия надежно фиксируются в кости после имплантации. Среди разных видов биоразлагаемых полимеров наибольшее распространение для производства крепежных изделий получили полилактоны – биосовместимые и биоразлагаемые полимеры с уникальными свойствами. Уже несколько десятилетий они применяются для изготовления биоразлагаемых шовных нитей и зарекомендовали себя как нетоксичные материалы с отличными механическими характеристиками и регулируемыми сроками биодеградации. По своим механическим характеристикам изделия из полилактонов уступают металлическим аналогам, поэтому спектр их применения ограничен лечением переломов костей, не несущих высокой нагрузки. Несмотря на широкий спектр коммерчески доступных биоразлагаемых крепежных изделий для остеосинтеза, все они отличаются преимущественно конструкцией и размерами. В то же время лечение различных типов переломов разных видов костей требует достаточно тонкой «настройки» механических характеристик изделия и сроков его деградации. Таким образом, для расширения областей применения биоразлагаемых изделий для остеосинтеза будут разработаны биоразлагаемые материалы и изделия на их основе с улучшенными механическими характеристиками, контролируемыми сроками деградации, наполненные различными функциональными добавками.

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. После осуществления промышленного изготовления разработанных материалов и изделий они найдут применение в хирургических клиниках, центрах репаративного восстановления органов и тканей, травмопунктах.

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. При внедрении полученных результатов в практику повысится качество и эффективность лечения травм и переломов, не будет необходимости в импорте крепежных изделий иностранных производителей.

Текущие результаты проекта:
Методом дифференциальной сканирующей калориметрии исследована кинетика полимеризации и сополимеризации лактонов при различных условиях.Синтезированы полилактиды и сополимеры с гликолидом с молекулярной массой выше 100 кДа и степенью конверсии до 97 %. Показана возможность «управлять» механическими свойствами и сроками биодеградации материалов путем изменения молекулярной структуры и надмолекулярной организации материалов. Проведен анализ подходов, позволяющих проводить наполнение полилактонов гидроксиапатитами. Разработан метод прививки полилактонов на поверхность наполнителей. Гидроксиапатиты с модифицированной поверхностью обладают улучшенной совместимостью с полимерной матрицей. Подобраны оптимальные условия для смешения в расплаве полилактонов с гидроксиапатитами. Получены композиционные материалы на основе полилактонов и гидроксиапатитов различного вида. Исследования полученных материалов in vitro показали, что они не обладают токсичностью. Жизнеспособность клеток на некоторых образцах композиционных материалов превышала аналогичный показатель для чистого полилактида. Также композиционные материалы обладали более высокими механическими характеристиками по сравнению с ненаполненным полилактидом.
По лабораторному регламенту на основе полимеров и сополимеров лактида, в том числе наполненных гидроксиапатитом, получены экспериментальные образцы крепежных изделий в виде винтов и пинов. Исследования полученных изделий, проведенные в соответствии с программой и методиками испытаний показали, что изготовленные образцы соответствуют требованиям технического задания. Структурные исследования полученных образцов с применением источника синхротронного излучения позволили изучить надмолекулярную структуру материала и распределение наполнителя в полимерной матрице. Проводятся медико-биологические испытания экспериментальных образцов на двух видах животных.