ИСТИНА

Научная проблема – фундаментальные аспекты регенерации костной ткани в области обширных дефектов с использованием матриксов, изготовленных из синтетических материалов. Поскольку данная проблема включает в себя взаимосвязанные элементы химии, материаловедения, инженерных наук и биологии с медициной, то ее решение предполагает постановку специфического взгляда на предмет исследований, учитывающего состав и условия получения материала – его микро- и макроструктуры с учетом топологии и архитектуры порового пространства и способов их реализации в материале данного состава – комплекса медико-биологических и физико-химических свойств – различных вариантов медицинского применения, в зависимости от типа костного дефекта и дизайна соответствующей хирургической операции. Цель работы – создание керамических матриксов, как основы для конструкций тканевой инженерии (КТИ) на основе ультрапористой резорбируемой кальцийфосфатной керамики с многоуровневой архитектурой порового пространства, способствующий эффективному и быстрому наполнению конструкции остеоиндуцирующими субстанциями (тромбоцитарной массой, костным мозгом, спонгиозой), а также обеспечивающий прорастание нативной кости в имплантат и васкуляризацию новообразованной костной ткани. Керамический каркас матрикса выполняет направляющую и опорную функции на начальных этапах остеоинтеграции имплантата, реализуя остеокондуктивную функцию имплантата и соответствующий тип остеогенеза. Шероховатость и пористость каркаса матрикса облегчает адгезию, распластывание и пролиферацию клеток, а жесткость керамического каркаса способствует дифференциации закрепившихся на нем плюрипотентных клеток в остеогенную линию, что реализует остеоиндуктивную функцию имплантата и одноименный тип остеогенеза. В дальнейшем, непрерывная резорбция керамического каркаса и заполнение резорбционных областей приводит к полной регенерации костной ткани в области дефекта. Разрабатываемые высокопористые и высокопроницаемые керамические материалы выполняют роль матриксов при создании на их основе тканеинженерных конструкций, что в полной мере реализует подходы регенеративной медицины. Такие матриксы могут быть использованы отдельно или быть предварительно наполненными физиологически-активными веществами и/или клеточными культурами, содержащимися, в частности, во взятой у пациента остеоиндуцирующей субстанции (тромбоцитарная масса, костный мозг, спонгиоза); в этом аспекте применения материала реализуется персонализированный подход к регенерации костной ткани. Среди важных матриксных свойств – проницаемость, которая задается связной системой макропор с размерами 500-1000 мкм. Керамический каркас, несущий систему макропор, со специально спроектированной архитектурой изготавливается с помощью 3D-печати. В данной заявке мы предлагаем создание ультрапористого (>85% пористости) имплантата за счет создания в нем трехуровневой (трехмодальной) пористости. Вышеописанные крупные поры первой моды несет керамический каркас, в котором присутствуют поры второй – 50-100 мкм и третьей моды – 1-10 мкм. Немаловажным аспектом является и резорбируемость матрикса, позволяющая неинвазивно полностью устранить материал каркаса и образовать на его месте костную ткань. Таким образом, разрабатываемый материал предназначен для полной и быстрой регенерации костной ткани в области различных по размеру и сложности дефектов в челюстно-лицевой хирургии, травматологии, специальной хирургии, онкологии.

Задачу данного проекта можно сформулировать как создание резорбируемой высокопроницаемой ультрапористой биокерамики с заданной архитектурой на основе Ca3(PO4)2 методом стереолитографии для персонализированной костно-тканевой инженерии. Для решения поставленной задачи необходимо: 1) выбрать составы и условия подготовки фоточувствительных суспензий, как обычных, так и на основе эмульсий, в состав которых предполагается введение порошка трикальциевого фосфата, для последующей стереолитографической печати прекерамических моделей; 2) апробировать два основных варианта создания ультрапористых материалов с помощью стереолитографической печати: а) две моды пор (более 500 мкм и поры от 100 до 200 мкм) будут созданы на этапе компьютерного проектирования модели имплантата и последующей печати с использованием фоточувствительных суспензий на основе Ca3(PO4)2 и б) первая мода пор (>500 мкм) будет задана на этапе моделирования архитектуру имплантат, а вторая мода (50-200 мкм) будет задана путем использования фоточувствительных суспензий на основе водно-масляных эмульсий, с загрузкой порошка ТКФ в водную составляющую; сделать выбор между ними; отработать технологию выбранного варианта печати; 3) определить условия термообработки моделей после печати для получения ультрапористого керамического имплантата достаточной прочностью; 4) провести прочностные испытания изготовленных ультрапористых имплантатов и их физической проницаемости; провести выборочные медико-биологические испытания in vitro.

1) Получены порошки ТКФ путем термического разложения нестехиометрического ГАП. Исследовано влияние гранулометрии порошков на микроструктуру керамических материалов при различных условиях спекания; 2) Исследованы реологические характеристики фоточувствительных эмульсий и отработка технологии стереолитографического формования из них; 3) Исследованы условия термообработки напечатанных прекерамических изделий; 4) Исследованы прочностные характеристики и физическая проницаемость, полученных керамических ультрапористых материалов; 5) Проведено исследование медико-биологических характеристик ультрапористых биокерамических имплантатов.