Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка биоинспирированных наноструктурных функционально-ориентированных материалов, адаптированных к технологии прототипирования, для замещения костно-хрящевых дефектов.

Номер контракта: 14.604.21.0132

Руководитель: Сергеева Наталья Сергеевна

Должность: руководитель лаборатории

Организация: федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
нанобиосовместимые конструкции, прототипирование, биоинспирированные материалы, полисахарид, фосфаты кальция, факторы роста, антибиотики, противоопухолевые препараты, костно-хрящевые дефекты

Цель проекта:
Актуальность проблемы: Создание объемных матричных конструкций для тканевой инженерии костной ткани методами трехмерной (3D) печати является одним из перспективных направлений развития аддитивных технологий. В то же время, исследования и патенты, касающиеся 3D печати таких материалов в соответствии с геометрией костных дефектов (технология прототипирования), являются пока единичными. Цель проекта: разработка метода создания универсальной трехмерной нанобиоконструкции из биосовместимых материалов нового поколения на уровне мировых разработок для придания требуемых свойств биологическим системам, способствующего развитию биологии и медицины.

Основные планируемые результаты проекта:
На основании проведения патентных исследований и теоретических исследований путей создания биоинспирированных наноструктурных функционально-ориентированных материалов для замещения костно-хрящевых дефектов, обеспечивающих создание новой высококонкурентной продукции для использования в медицине и технологических процессов их получения, проведены эксперименты по разработке подходов к поверхностной химической модификации неорганической составляющей (фосфаты кальция) с использованием жидкостей, имитирующих жидкости организма, как основа создания функционально-ориентированных материалов; исследованы процессы растворимости и формирования микроструктуры композиционных материалов в широком интервале составов в системе альгинат натрия - фосфаты кальция посредством фиксации структуры при варьируемых условиях; проведены исследования in vitro цитосовместимости разработанных композиционных материалов. Разработаны лабораторный технологический регламент получения композиционных материалов на основе альгинат натрия - фосфаты кальция и экспериментальные подходы к созданию методом прототипирования трехмерной конструкции с заданными химическим и фазовым составом, микроструктурой и архитектоникой. Проведены испытания in vitro и in vivo образцов прототипов трехмерных конструктов различных составов. Показано, что разработанные составы композиционных материалов для трехмерной печати (альгинат натрий - фосфаты кальция) и образцы прототипов трехмерных конструктов цито- и биосовместимы и характеризуются наличием остеокондуктивных свойств разной степени выраженности.
Проводятся исследования по оптимизации состава, морфологии и микроструктуры трехмерного каркаса, полученного по технологии прототипирования с целью изготовления экспериментальных образцов биоинспирированного трехмерного каркаса. Будут разработаны способы функционализации трехмерных каркасов в системе альгинат натрия - фосфаты кальция путем насыщения экспериментальных образцов каркасов антибиотиком, противоопухолевым препаратом, факторами роста и проведены исследования специфической активности каркасов в биологических моделях. В результате проведенных исследований будут созданы биоинспирированные наноструктурные функционально-ориентированные материалы, адаптированные к технологии прототипирования, для замещения костно-хрящевых дефектов. Подана заявка на патент "Способ получения композиционного трехмерного каркаса для замещения костно-хрящевых дефектов".

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Будут получены данные, достаточные для разработки технологии производства принципиально новых материалов медицинского назначения - биоинспирированных наноструктурных функционально-ориентированных материалов для замещения костно-хрящевых дефектов, адаптированных к технологии прототипирования.
Результаты разработок по теме предлагаемого проекта позволят существенно расширить номенклатуру материалов медицинского назначения, предназначенных для замещения костно-хрящевых дефектов и регенерации тканей, в дополнение к зарубежным аналогам. Произойдет наработка научно-технического задела в области технологии широкого спектра материалов медицинского назначения, который будет использован в дальнейшем для проведения ОКР и создания производства.
Социально-экономический эффект использования продукции, созданной на основе результатов данного исследования, определяется созданием принципиально новой продукции биомедицинского назначения, улучшением потребительских свойств существующей продукции (оптимизированные остеопластические свойства) и совершенствованием технологических процессов (разработка новых биоинспирированных наноструктурных материалов, предназначенных для имплантации /инженерии костной ткани и доставки антибиотиков, противоопухолевых препаратов, коктейля факторов роста в место дефекта.
Ожидаемые научные результаты проекта являются принципиально новыми и патентоспособными и будут защищены патентом Российской Федерации. Результаты исследований, проведенных в рамках данного проекта, будут служить базой для постановки ОКР, связанных с реализацией предложенных в проекте решений по теме «Разработка биоинспирированных наноструктурных функционально-ориентированных материалов для замещения костно-хрящевых дефектов, адаптированных к технологии прототипирования». Проект направлен как на генерацию новых фундаментальных знаний, так и разработку практических приложений в области биоматериалов. К практико-ориентированным результатам можно отнести: технологию прототипирования для создания новых биоинспирированных наноструктурных материалов для использования в медицине.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Область применения разрабатываемых специализированных имплантируемых устройств на основе биоинспирированных материалов для управления процессами гистогенеза костной ткани достаточно широка. В частности, в ортопедии и травматологии, разработанные материалы и устройства с их использованием могут быть применены для управления гистогенезом, процессами ремоделирования костной или хрящевой ткани, в челюстно-лицевой хирургии и онкологии для восстановления объема утраченной ткани, органотипического восстановления костного дефекта доставки в область дефекта антибиотиков, противоопухолевых препаратов, коктейля факторов роста.
Потребителями разрабатываемой продукции являются медицинские и исследовательские учреждения, занимающиеся проблемами замещения и регенерации ткани. Потенциально продукция может рассматриваться как объект для экспорта в СНГ и страны ближнего зарубежья.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения этапа 2015 г. в соответствии с Планом-графиком и Техническим заданием ПНИ разработан технологический регламент получения композиционных материалов на основе полисахаридов и фосфатов кальция, в соответствии с которым наработаны экспериментальные образцы нескольких составов. Разработан способ прототипирования трехмерного каркаса на основе полисахаридов и фосфатов кальция заданной архитектоники по индивидуальным программам (в соответствии с величиной и формой дефекта). Изготовлены образцы-прототипы четырех составов. В соответствии с разработанной программой и методиками исследовательских испытаний проведено изучение физико-химических (сравнительное исследование структуры, фазового состава, пористости, прочностных свойств) и биологических характеристик (оценка цито- и биосовместимости, остеокондуктивных потенций) образцов прототипов. В экспериментах in vitro показано, что образцы-прототипы цитосовместимы (нетоксичны в отношении двух перевивных клеточных линий человека) и обладают умеренными и выраженными матриксными (для клеток) свойствами поверхности; in vivo при подкожной имплантации мелким лабораторным животным выявлено, что все изученные образцы биосовместимы и различаются степенью биоактивности; при исследовании остеопластических потенций этих материалов на ранних сроках после замещения костного дефекта у животных продемонстрированы остеокондуктивные потенции разной степени выраженности. На основании полученных результатов разработана программа по оптимизации составов, морфологии и микроструктуры прототипов трехмерного каркаса на основе полисахарида и фосфатов кальция как этап разработки лабораторного технологического регламента получения биоинспирированного трехмерного каркаса на основе полисахарид - фосфат кальция.