Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экспериментального образца имплантата нового поколения с биоинспирированной структурой на основе керамического матрикса и факторов роста для вертебрологии

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
факторы роста, межпозвонковый диск, биокерамика, костная ткань, клеточные ниши, тканевая инженерия, 3d прототипирование, остеогенность, остеокондуктивность, остеоиндуктивность

Цель проекта:
Основные научно-технические задачи, решаемые в рамках предлагаемой НИР, направлены на обеспечение интеграционных процессов на границе керамический имплантат - кость и заключаются: 1) в формировании отклика керамического спинального имплантата на механическое воздействие максимально близкого к механическому отклику костной ткани; 2) в формировании в керамических спинальных имплантатах пространственной структуры (морфологии пор), благоприятной для трёхмерного новообразования костной ткани; 3) в создании структур на поверхности керамических спинальных имплантатов, способных адсорбировать факторы роста, стимулирующие пролиферационную активность остеобластов; 4) в насыщении внешних и внутрипоровых поверхностей керамических спинальных имплантатов клеточными источниками остеогенеза. Цель проекта - разработка технологических решений и инженерных подходов для создания экспериментального образца имплантата нового поколения для спинальной хирургии со структурой, обеспечивающей контактный остеогенез на границе имплантат – кость.

Основные планируемые результаты проекта:
Основными результатами проекта станут:
1) Технологические решения 3D формования керамических элементов эндопротеза, обеспечивающих высокоточное соответствие заданным размерам, управление геометрией пор и объёмом порового пространства.
2) Методика фукционализации пористого керамического матрикса биоактивными комплексами, в том числе, факторами роста, антиоксидантными и антирадикальными комплексами, лекарственными препаратами.
4) Экспериментальные данные о механическом поведеним эндопротеза межпозвонкового диска в условиях статических нагрузок максимально близких к анатомическим.
5) Результаты триботехнических испытаний материалов эндопротеза в паре трибологического сопряжения в условиях близких к анатомическим.
6) Закономерности влияния структурно-фазового состояния керамики на механические свойства (модуль упругости, прочность), формулирование требований к структурно-фазовому состоянию керамики, удовлетворяющего требованиям с биомеханической совместимости с позвоночным столбом.
7) Данные по биологическому отклику на структурно-фазовое состояние эндопротеза межпозвонкового диска.
8) Хирургическая тактика эндопротезирования межпозвонкового диска эндопротезом с биоактивными пористыми керамическими элементами.
Новизна предлагаемого проекта заключается в использовании в конструкции эндопротеза межпозвонкового диска пористого градиентно-композитного материала на основе керамического матрикса с биоактивной поверхнотсью, обладающего свойствами остеокондуктивности и остеоиндуктивности. Эти имплантаты станут весомой альтернативой пористым металлическим эндопротезам межпозвонковых дисков важным, недостатком которых является принципиальное отличие типа химической связи от таковой в неорганическом костном матриксе. Структурно-фазовые условия, обеспечивающие интеграцию костной ткани позвонков с пористым керамическим эндопротезом межпозвонкового диска, станут преимуществом разрабатываемых имплантатов перед появившимися в последнее время на рынке спинальных имплантатов протезами межпозвонковых дисков с беспористыми керамическими элемента, структура которых не предполагает интеграцию костной ткани с имплантатом.





Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным результатом проекта станет экспериментальный образец эндопротеза межпозвонкового диска.

Ключевая идея проекта состоит в создании нового класса эндопротезов межпозвонковых дисков с пористыми оппозитно расположенными пластинами на основе биостабильного керамического матрикса с внутрипоровыми поверхностями функционализированными биоактивными соединениями и высокоэластичным демпферным элементом. Принципиальным превосходством, предлагаемых к разработке эндопротезов межпозвонковых дисков от существующих на сегодняшний день на мировом рынке спинальных имплантатов, станет:
- биохимическая связь костной ткани тел позвонков с керамическими элементами эндопротеза, что обеспечит отсутствие резорбции костной ткани в приконтактной с имплантатом области и абсолютную механическую стабильность имплантата;
- стабильность объёма и химического состава эндопротеза, отсутствие диффузии и накопления химических элементов эндопротеза в биологических тканях;
- адаптивность к анатомическим изменениям, полное восстановление анатомической подвижности протезируемого отдела позвоночного столба;
- высокая биомеханическая совместимость эндопротеза с позвоночным столбом, что обеспечит отсутствие локализации напряжений в позвоночнике и, как следствие, отсутствие перераспределение нагрузки на другие позвонки;
- сведённая к минимуму вероятность возникновения отложенного во времени эффекта наведённого чужеродным телом канцерогенеза;
- сведённая к минимуму возможность возникновения воспалительной, аллергической реакций со стороны организма, отсутствие возможности возникновения металлоза.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные в рамках предлагаемого проекта технологические решения по получению нового класса эндопротезов межпозвонкового диска с пористыми биоактивным керамическими эле-ментами предназначены для предприятий промышленного комплекса РФ, ориентированных на про-изводство наукоёмкой продукции медицинского назначения.
Производство на предприятиях промышленного комплекса РФ керамических эндопротезов межпозвонковых дисков по разработанным в рамках данного проекта технологическим решениям позволит сформировать рынок отечественных спинальных имлантатов, существенно увеличить ко-личество операций по спинальному эндопротезированию, сократить долю инвалидизации по при-чине несвоевременного и дорогостоящего протезирования с использованием импортных спинальных имплантатов. Производство отечественных эндопротезов межпозвонковых дисков составит весомую конкуренцию импортным аналогам, присутствующим на российском рынке.

Текущие результаты проекта:
Полученные результаты:
- Получены данные о влиянии структурно-фазового состояния исходных сырьевых компонентов на свойства составных элементов экспериментального образца эндопротеза межпозвонкового диска, разработаны требования к фазовому составу исходных сырьевых компонентов керамических элементов экспериментального образца эндопротеза межпозвонкового диска.
- Разработан лабораторный регламент функционализации поверхности керамических элементов эндопротеза межпозвонкового диска, факторами роста, комплексами с антиоксидантной и антирадикальной активностью.
- Разработан лабораторный стенд формования керамических элементов эндопротезов методом шликерного литья и лабораторный стенд исследования механического поведения эндопротеза межпозвонкового диска в условиях статических нагрузок приближенных к анатомическим.
- Разработана модель численного расчёта напряжённо-деформированного состояния костной ткани тела позвонка после имплантации искусственного межпозвонкового диска.
- Разработана методика получения нового вида керамического материала для оппозитных пластин эндопротеза межпозвонкового диска, отличающегося наличием развитой пористой структуры и способностью к деформации в упругой области более 2 %.
- Разработана конструкция эксперитментального образца межпозвонкового диска.
- Получены эксперименальные образцы межпозвонкового диска, состоящие из пористых оппозитных керамических пластин и полимерного демферного элемента.