Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0089

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0089
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Название доклада
Теоретические и экспериментальные исследования по лазерной технологии конструирования трехмерного биосовместимого нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава и его прототипирования для реконструкции сухожильно-связочного аппарата.
Докладчик
Подгаецкий Виталий Маркович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Разработка конструкции нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава из биосовместимых материалов путем формирования трехмерных наноуглеродных биоконструкций на поверхности нанокомпозитных имплантатов связок коленного сустава с целью самоорганизации клеточного материала с применением новой лазерной технологии закрепления имплантата в костном канале. Проведение комплексных исследований с целью выбора наиболее эффективного способа создания нанобиоконструкций.
Актуальность и новизна исследования
Травмы суставов человеческого организма, в частности повреждения связок коленного сустава (СКС), составляют значительную часть от общего числа повреждений опорно-двигательной системы. Актуальность создания имплантатов СКС нового поколения очевидна:
1) не существует идентичного, генетически схожего материала для замещения любой структуры в организме человека;
2) эквивалентные по эластичности и механической прочности ткани, после лишения кровоснабжения и иннервации в результате их забора, обречены на потерю этих качеств, что влечет их фиброзное перерождение;
3) эффективность реконструкции поврежденных связок прямо зависит от срочности хирургического вмешательства и ранней реабилитации;
4) ранняя реабилитация возможна при высокой степени прочности имплантата, биомеханической и биологической совместимости.
Современные методы биоинженерии направлены на создание способов регенерации органов и тканей. Проблема заключается в отсутствии решений восстановления жизненных функций организма путем замещения патологически измененных биотканей и обеспечение их функционирования. Ежегодная потребность в имплантатах СКС составляет ~10000 штук в России. В настоящее время вопрос о выборе оптимального имплантата СКС для артроскопической пластики остается нерешенным. На основе анализа анатомического строения биологических тканей и физико-механических характеристик разработана новая лазерная технология конструирования нанокомпозитного имплантата СКС и проведения артроскопической пластики коленного сустава, особенностью которой является прототипирование трехмерных нанобиоконструкций на поверхности полотняных переплетений из биосовместимых полимерных волокон.
Описание исследования

В рамках ПНИ разработан инструментарий для имплантации биоинтегрируемой искусственной связки и способ ее крепления в костный канал. Разработанная лазерная технологии прототипирования нанокомпозитного имплантата СКС способствует усовершенствованию процедуры артроскопической пластики с улучшенной остеокондуктивностью и бактерицидностью, обеспечивающей контактный остеогенез на границе имплантат - кость. При использовании технологии реконструкции связочного аппарата коленного сустава на основе биоинтегрируемых материалов и клеточных технологий, созданы имплантаты СКС нового поколения с эффектом нанобиоконструкций, оптимизирующих их выживаемость в отдаленном периоде операции и повышающих биомеханический эффект реконструкции коленного сустава.

В рамках ПНИ выполнены следующие работы:

- Разработка методики лазерного соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом.

- Проведение сравнительной оценки эффективности возможных направлений исследований методов прототипирования и 3-D печати для решения проблем ПНИ.

- Разработка лабораторного технологического регламента получения биосовместимого наноматериала.

- Разработка компьютерной модели взаимодействия углеродной нанотрубки и молекулы белка в водном окружении.

- Проведение испытаний экспериментальных образцов биосовместимого наноматериала в соответствии с Программой и методиками исследовательских испытаний по определению структуры и комплекса физико-механических свойств.

- Проведение исследований и разработана методика формирования наноуглеродных биоконструкций с целью самоорганизации клеточного материала.

- Разработка лабораторного технологического регламента изготовления биосовместимого каркаса на основе углеродных нанотрубок методом лазерного наноформирования.

- Разработка макета стенда для проведения экспериментальных исследований процессов лазерного формирования биосовместимого каркаса.

- Разработка и исследование методики выращивания in vitro фибробластов путем их колонизации на трехмерную нанобиоконструкцию

- Разработка методики лазерного формирования костного канала для закрепления нанокомпозитного имплантата.

- In vitro исследования лазерного соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом.

- Разработка методики визуализации лазерного соединения нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава с костным каналом.

- Разработка методики лазерного соединения имплантата связок коленного сустава с костным каналом.

- Исследование процессов формирования биосовместимого каркаса для прототипирования трехмерных нанобиоконструкций с использованием технологий лазерного формирования и 3-D печати.

- Разработка лабораторного технологического регламента изготовления трехмерных нанобиоконструкций на основе биосовместимых каркасов из нанобиологического материала.

- Проведение исследований, устанавливающих взаимосвязь между структурой и свойствами экспериментальных образцов биосовместимых каркасов трехмерных нанобиоконструкций с использованием современных исследовательских методик, включая методы рентгеноструктурного анализа, просвечивающей электронной, атомно-силовой, растровой электронной микроскопии, спектрометрии комбинационного рассеяния, ИК-спектрометрии и оптической спектроскопии.

- Проведение испытаний экспериментальных образцов трехмерных нанобиоконструкций в соответствии с Программой и методиками исследовательских испытаний, в том числе in vitro колонизации фибробластов и остеобластов на трехмерную нанобиоконструкцию.

- Разработка макета стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств трехмерных нанобиоконструкций.

- Разработка методики визуализации лазерного соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом.

- Разработка лабораторного технологического регламента получения нанокомпозитных имплантатов на основе полимерного материала с нанесенным на поверхность материала трехмерных нанобиоконструкций.

- Проведение испытаний экспериментальных образцов нанокомпозитных имплантатов в соответствии с Программой и методиками исследовательских испытаний, в том числе исследование:

а) физико-механических свойств;

б) токсикологических и биологических характеристик;

- Разработка макета стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств нанокомпозитных имплантатов.

- Проведение физико-биологических исследований лазерного соединения экспериментальных образцов нанокомпозитных имплантатов с костным каналом.

Результаты исследования

В ходе выполнения ПНИ получены следующие научно-технические результаты:

Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ в соответствии с ГОСТ 7.32-2001, содержащие:

а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;

б) обоснование выбора направления исследований;

в) результаты теоретических и экспериментальных исследований;

г) обобщение и выводы по результатам ПНИ.

Экспериментальные образцы:

а) биосовместимого наноматериала для создания каркаса трехмерных нанобиоконструкций (далее - биосовместимого наноматериала);

б) биосовместимого каркаса для формирования трехмерных нанобиоконструкций (далее - биосовместимого каркаса);

в) трехмерных нанобиоконструкций на основе биосовместимого каркаса из нанобиологического материала (далее - трехмерных нанобиоконструкций);

г) нанокомпозитных имплантатов связок коленного сустава (далее - нанокомпозитных имплантатов).

Лабораторный технологический регламент получения биосовместимого наноматериала для создания каркаса трехмерных нанобиоконструкций.

Лабораторный технологический регламент получения биосовместимого каркаса для формирования трехмерных нанобиоконструкций.

Лабораторный технологический регламент получения трехмерных нанобиоконструкций.

Лабораторный технологический регламент получения нанокомпозитных имплантатов.

Методика формирования наноуглеродных биоконструкций на поверхности нанокомпозитных имплантатов с целью самоорганизации клеточного материала.

Методика лазерного формирования костного канала для закрепления нанокомпозитного имплантата.

Методика лазерного соединения имплантата связок коленного сустава с костным каналом.

Методика выращивания in vitro фибробластов путем их колонизации на белковой наноструктурной матрице.

Методика визуализации лазерного соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом.

Методика хирургического соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом.

Макет стенда для проведения экспериментальных исследований комплекса физико-механических свойств биосовместимого наноматериала.

Макет стенда для проведения экспериментальных исследований процессов лазерного формирования биосовместимого каркаса.

Макет стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств трехмерных нанобиоконструкций.

Макет стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств нанокомпозитных имплантатов.

Компьютерная модель взаимодействия углеродной нанотрубки и молекулы белка в водном окружении.

Практическая значимость исследования
Результаты ПНИ найдут применение в учреждениях восстановительной медицины и пластической хирургии. К социальным отраслям, в которых будет использоваться инновационная продукция, относятся такие хирургические и трансплантационные центры, как Московский областной научно-исследовательский клинический институт имени М. Ф. Владимирского и др. Практическое внедрение включает получение охранных документов на изобретения, публикацию в высокорейтинговых журналах, участие во Всероссийских и Международных мероприятиях для освещения и популяризации результатов ПНИ.
Результаты ПНИ использованы при создании нового типа имплантатов связок коленного сустава (СКС) и разработке методов соединения имплантатов с бедренной, большеберцовой и малоберцовой костями. К преимуществам использования имплантата СКС и метода крепления их к кости в ортопедической хирургии: - механические характеристики имплантата СКС и его закрепление в косном канале соответствует характеристикам нативных биологических тканей; - улучшенная остеокондуктивность и остеогенез на границе имплантат-кость; - малоинвазивность артроскопической пластики; - сокращение продолжительности операции и послеоперационной реабилитации.
МИЭТ совместно с индустриальным партнером АО «ЗИТЦ» разработана стратегия коммерческой реализации результатов ПНИ, а именно комплексная стратегия доведения продукта от разработчика к потребителю. Поскольку, АО «ЗИТЦ» обладает современной инфраструктурой, главной целью которой является формирование достаточных условий для обеспечения полноценного процесса создания конкурентоспособной наукоёмкой и высокотехнологичной продукции посредством предоставления современных научно-производственных площадей и доступа к исследовательскому, проектному, технологическому оборудованию.
Использование результатов ПНИ и масштабность их межотраслевого использования определяются актуальностью создания более совершенных имплантатов СКС нового поколения. Способы их использования доступны для прототипирования в существующих условиях проведения лечебного процесса. Ожидаются положительные народно-хозяйственные и социально-экономические эффекты от применения результатов ПНИ, которые будут коммерциализованы в экономически целесообразных объёмах.
Презентация

Presentation.ppt

Постер

Poster.ppt