Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка сверхлегких сетчатых материалов на основе титановых нитей, обеспечивающих регенерацию тканей.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
грыжа, сетка, протезная сетка, титановая сетка, ненатяжная герниопластика, внутрибрюшинная герниопластика, синтетический имплантат, асептическое воспаление, соединительная ткань, лапароскпическая герниопластика

Цель проекта:
Цель проекта состоит в разработке новых сверхлегких сетчатых материалов (ССМ) для герниопластики. Создаваемые материалы должны обладать улучшенными биологическими свойствами по сравнению с широко известными синтетическими материалами. Вместе с тем, ССМ должны оказывать влияние на регенерацию и дифференцировку способных к эластичной деформации тканей. Исследование направлено на разработку основы технологии (лабораторного регламента) получения инновационного сетчатого материала на основе сверхтонкой титановой нити. С помощью современных вязальных технологий планируется разработка получения двух разновидностей ССМ - с биологически активным покрытием и без покрытия.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Проведены аналитический обзор современного состояния проблемы создания титановых и титанизированных сетчатых имплантатов, патентный поиск на данную тему.
2.Разработаны различные способы получения ССМ на основе титановой нити, путем использования основовязальной технологии.
3.Исследована эффективность использования имплантации синтетических сетчатых материалов в контрольной группе животных в раннем и среднесрочном послеоперационных периодах. В структуре этих исследований получены ценные данные, включающие
а)морфологическую структуру образующихся тканей,
б) соотношение в тканях зрелого и не зрелого коллагена,
в) влияние материалов на развитие спаечного процесса,
г) влияние имплантатов на инфекционный процесс в контаминированной ране,
д) влияния имплантатов на биомеханическую прочность соединительно тканного рубца передней брюшной стенки.
4. Разработаны способы очистки и подготовки поверхности титановой нити для нанесения биологически активных покрытий.
5. Исследованы способы нанесения биологически активных покрытий на титановую нить.
6. Разработаны способы управления физическими свойствами титановой нити термическими методами при подготовке ее к использованию в основовязальной технологии.
7. Проведен технический анализ и разработка способов оптимизации режимов основовязания титановой нити при производстве ССМ.
8. Изучены характеристики ССМ на основе титановой нити, в зависимости от диаметра нити, марки сплава и поверхностной плотности.
9. Проведены эксперименты по нанесению биологически активных покрытий на титановую нить.
10. Выпущены ССМ из титановых нитей различных диаметров и различных переплетений.
В результате выполнения проекта должны быть
разработаны способы получения ССМ на основе титановой нити способы нанесения на ССМ биологически активных покрытий, оформленные в виде лабораторного технологического регламента, Программы и методики (ПМ) биологических исследований экспериментальных образцов сетчатых имплантатов на основе ССМ, а также получены экспериментальные образцы сетчатых имплантатов на основе ССМ (с биологически активными покрытиями и без биологически активных покрытий . Должны быть разработаны Рекомендации по медицинскому применению сетчатых имплантатов на основе ССМ (с биологически активными покрытиями и без биологически активных покрытий).


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разработанный материал должен представлять сверхлегкий титановый сетчатый имплантат имеющий стабильную структуру, биологическую инертность и устойчивость к инфекции. Используемый сплав для создания имплантата ВТ-6; тип вязания имплантата-основовязанный. Толщина монофиламента не более 40 мкм. Имплантат должен обладать высочайшей эластичностью. Материал должен быть удобен в манипуляциях и может быть интраоперационно моделирован путем растяжения и разрезания. Устойчивость к инфекции должна позволять использовать имплантат в условиях контаминированной раны.
Методика использованная для создания материала являются уникальной (основовязание из титановой нити). Ближайшим зарубежным аналогом следует рассматривать материалы TiMesh и TiJ2Mesh производства PFM Medical (Германия). В сравнении с зарубежными аналогами представленные материалы обладают существенно большей эластичностью и возможностью к интраоперационному моделированию и имеет ряд недостатков в отношении эргономики и биологических свойств.
При изучении биологических свойств планируется использовать самые современные технологии: иммуногитохимическое исследование, исследование адаптивного иммунитета и др., которые соответствуют высоким мировым стандартам.
Путями достижения заявленных результатов является полноценные биологические испытания, написание научных статей, патентование материалов, а также обсуждение результатов с научным сообществом. В настоящий момент ограничения и риски в достижении результатов не определены. Технология, инструменты оборудование и заготовки для получения ССМ являются полностью отечественными разработками.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Областью применения ССМ на основе титановой нити являются хирургия (и возможно травматология), где они служат в качестве сетчатых имплантатов для восстановления тканей пе-редней брюшной стенки при операциях грыжесечение. Сетчатые материалы служат своего рода «мостом» для прорастания соединительной ткани при закрытии грыжевых дефектов. Сами сетчатые материалы не обладают высокой механической прочностью, но на них формируется полноценный и прочный рубец, который удерживает основную нагрузку со стороны внутренних органов. Вместе с этим, ССМ могут служить основой для создания искусственных связок коленных и других суставов. Эффектом от внедрения служит создание основы лабораторного регламента получения сверхлегкого титанового сетчатого материала, основовязанного металлотрикотажа. Материал должен обеспечивать оптимальные условия для регенерации тканей человека способных к эластичной деформации. На основе разработанной технологии в перспективе может быть создана линейка сверхлегких сетчатых материалов с экспериментально обоснованными целевыми техническими характеристиками, обеспечивающими оптимальную регенерацию способных к деформации органов и тканей человека в результате управления процессами пролиферации и дифференцировки клеток различного гистогенеза в их составе.
Разработка ССМ материалов может явиться базой для дальнейших научно технических решений: разработка искусственных связок и сухожилий, и т.д. Постепенный переход к замещению мягкотканых компонентов с полимерных на ССМ на основе титановой нити, что окажет существенное влияние на всю мировую реконструктивную хирургию. Данная разработка является достоянием отечественной науки, что может вызвать интерес у международного научного сообщества, работающего в сфере регенеративной биологии и медицины.

Текущие результаты проекта:
1. Осуществлена разработка и оптимизация технологии основовязания ССМ при которой определено влияние сплава титановой нити на структуру материала, а также его физические характеристики. Так, например, сверхпрочный титановый сплав ВТ-16 проявил избыточно упругие свойства, что мешает полноценно использовать его при создании ССМ. Напротив, сплав ВТ-6 показал оптимальный баланс прочности и пластичности и позволил создать материал, отвечающий всем требованиям ТЗ.
2. Подготовкой титановой нити к основовязанию является устранение оксидной пленки и углеродных остатков оставшихся после волочения, для осуществления которой была разработана технология очистки титановой нити. Окислы и другие вещества устраняются путем проведения очистки поверхности.
3. Негативным последствием химической обработки поверхности титановой нити является повышение концентрации водорода, приводящим к хрупкости материала. Разработана методика удаления водорода из структуры титановой нити можно произвести с помощью вакуумного отжига, поэтому, значительную роль в придании необходимых свойств нити играют операции по термической подготовке титановой нити, следующие после химической обработки поверхности.
4. С помощью основовязальной технологии удается получить диапазон различных структур ССМ материалов. Разнообразие технических характеристик в пределах заданного ТЗ диапазона позволит дифференцированно подойти к решению различных медико-биологических задач, связанных с областью размещения имплантата, его взаимодействию с близлежащими тканевыми структурами, функциональными особенностями тканей.
5. В качестве контроля результатов проведена имплантация синтетических сетчатых материалов группе животных. Ревизия и изучение материалов проводилась в раннем и среднесрочном послеоперационных периодах. В результате определены следующие закономерности:
 -На ранних сроках после имплантации параметры морфологическая картина структур определяемые методом гистологии и иммуноморфологии при введении различных типов синтетических материалов имеют схожие параметры.
 -Наиболее ранние и информативные отличия в ответной реакции организма на различные типы материала показывает исследование адаптивного иммунитета, определяющее число активных и неактивных антител. Лучший результат показан при имплантации титанизированного полипропилена, а худший при использовании типичного полипропилена.
- При изучении результатов имплантации синтетических материалов на средних сроках методом иммуноморфологии удалось определить разницу в соотношении коллагенов I и III типов формирующихся на тех или иных синтетических имплантатах. Определено, что использование защитного покрытия из титана на синтетических материалах влияет на направленность регенераторных процессов, направляя в сторону образования более зрелого коллагена (I типа).
- Оценка влияния синтетических материалов на функциональное состояние репродуктивной системы, также, становится наиболее информативным на средних сроках. Во всех случаях определяется выраженное угнетающее влияние на репродуктивную систему мужских особей. При этом результаты в значительной степени лучше при использовании титанизированного полипропилена.
- Влияние синтетических материалов на развитие септического воспаления в операционной ране, показало, что зависимость развития воспалительной реакции в большей степени зависит от вида микроорганизма и в меньшей степени от используемого синтетического материала.
- Проводя исследование адаптивного иммунитета (основанного на определении авидности антител) на фоне имплантации синтетических сеток отмечено: синтетический имплантат, вызывает снижение авидности антител уже на ранних сроках имплантации. Изменения сохраняются и в среднесрочном периоде и негативно воздействуют на функциональное состояние антител в дальнейшем, тем самым, эффективность иммунного ответа. Активация защитных функций иммунной системы с помощью иммуномодуляторов пролонгирует устойчивость организма к негативным воздействиям синтетического имплантата на среднесрочных этапах наблюдения. Контроль протективной активности В-системы иммунитета на ранних и средних послеоперационных сроках позволяет прогнозировать направленность процессов адаптации организма к тому или иному имплантату.
- При проведении исследования биомеханических характеристик рубцовой ткани сформированной при имплантации различных типов синтетических имплантатов удалось оценить прочность рубца, а не всего комплекса имплантат + ткань описанного другими авторами. Результат исследования показал: прочность рубцовой ткани существенно зависит от используемого синтетического материала. Так прочность титанизированного полипропилена оказалась на 22-25% выше, чем при использовании стандартного полипропилена.
- При проведении экспериментальной работы по нанесению биологически активных покрытий определены возможность нанесения высоковязких водных растворов Поливинилового спирта и Хитозана на титановую нить. Наилучшие результаты в отношении адгезии к титановой нити показал полигидроксибутират, что послужило основанием для отработки методики его нанесения. Отработан способ динамического нанесения путем протяжки титановой нити через раствор полимера. Наилучшие результаты были получены при нанесении ПГБ. Полученные ультратонкие адгезивные покрытия не превышают 30 мкм. Благодаря современному оснащению (автоматической оснастке) удается достигнуть технологичности способа нанесения биологически активных покрытий. Обеспечение исследовательских работ сопровождалось инженерно-техническими решениями в виде создания специальных оснасток, позволившими создать и оптимизировать технологические процессы выпуска ССМ, а также очистки поверхности титановой нити и нанесения биологических покрытий.
На основании проведенной работы подано две статьи журнал "Хирургия" (индексируемый в Scopus), проведена презентация резульатов ПНИ на форуме ОНФ "Доступное здравоохранение", озвучены 3 доклада на различных конференциях, опубликовано 5 тезисов научных работ, получено положительное решение на патентную заявку.