Остеокондуктивные резорбируемые керамические матриксы с заданной геометрией порового пространства на основе биосовместимых фосфатов, полученные с использованием стереолитографической печати высокого разрешения, для регенеративной медициныНИР

Osteoconductive resorbable ceramic matrixes with given geometry of the pore space based on biocompatible calcium phosphates, produced by means of high resolution stereolithographic printing, for regenerative medicine

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 25 июля 2018 г.-18 июля 2019 г. Остеокондуктивные резорбируемые керамические матриксы с заданной геометрией порового пространства на основе биосовместимых фосфатов, полученные с использованием стереолитографической печати высокого разрешения, для регенеративной медицины
Результаты этапа: При выполнении проекта в течение первого года были подготовлены водные растворы, включающие молочную и фосфорные кислоты. При сливании водных растворов ортофосфорной и молочной кислот при соотношении 1:1 по данным ИК-спектроскопии наблюдали обратимый процесс образования лакто-отофосфорной кислоты. При мольном соотношении Са/Р=0,5; 1,0 и 1,5 были получены порошки фосфатов кальция, содержащие сопутствующие продукты реакции как неорганической, так и органической природы. Было установлено, что без регулирования рН из карбоната кальция СаСО3 и раствора, содержащего лакто-ортофосфорную кислоту, образуются продукты, фазовый состав которых представлен монетитом СаНРО4 и брушитом СаНРО4*2Н2О. Выделенный из маточного раствора сопутствующий продукт реакции после термообработки включал полифосфат кальция Са(РО3)2 при Са/Р=0,5; а при Са/Р=1,0 и 1,5 - пирофосфат кальция Са2Р2О7, трикальцийфосфат Са3(РО4)2 и оксид кальция СаО. После обжига фазовый состав керамических материалов из порошка, синтезированного из карбоната кальция и лакто-ортофосфорной кислоты, был представлен в основном биосовместимой и биорезорбируемой фазой бета-пирофосфата кальция Са2Р2О7. Методика синтеза фосфатов кальция из карбоната кальция и раствора, содержащего лакто-ортофосфорную кислоту была предложена и осуществлена впервые. При сливании в соотношении 1:1 молочной кислоты и пирофосфорной кислоты, полученной с использованием динамического ионного обмена, формирование лактопирофосфорной кислоты протекало в незначительной степени. Был осуществлен синтез из карбоната кальция и смеси молочной и пирофосфорной кислот при соотношении Са/Р=0,5; 1,0 и 1,5. Порошок двойного пирофосфата кальция аммония гидрата (NH4)2CaP2O7.H2O (Са/Р=0,5) был синтезирован впервые при добавлении аммиака к раствору, содержащему ионы кальция, пирофосфорную и молочную кислоты. При соотношении Са/Р=1,0 был получен порошок, представляющий собою смесь ди- и тетрагидратов пирофосфата кальция Са2Р2О7*2Н2О/Са2Р2О7*4Н2О. При соотношении Са/Р=1,5 были получены порошки, включающие рентгеноаморфный продукт и кальцит СаСО3. Фазовый состав керамики на основе порошков, синтезированных и карбоната кальция и смеси молочной и пирофосфорной кислот, был представлен полифосфатом кальция Са(РО3)2 или полифосфатом кальция Са(РО3)2 и тромелитом Ca4P6O19 (если Са/Р=0,5); пирофосфатом кальция Са2Р2О7 (если Са/Р=1,0); а так же пирофосфатом кальция Са2Р2О7 и трикальцийфосфатом Са3(РО4)2 (если Са/Р=1,5). После термообработки в интервале 500-700оС синтезированные порошки имели окраску от черного до серого благодаря присутствию аморфного углерода – продукта деструкции органического компонента сопутствующего продукта реакции. Полученные порошки были использованы для подготовки суспензии, включающей светоотверждаемый мономер и синтетический окрашенный порошок фосфатов кальция. Из полученной суспензии с использованием метода стереолитографической печати были сформованы образцы с заданной геометрией порового пространства (архитектура «гироид» и «Кельвин»). После обжига образцы сохраняли форму и сплошность, обладали достаточной для манипуляций прочностью. Испытания in vitro и in vivo подтвердили, что полученные новые керамические материалы, фазовый состав которых представлен преимущественно пирофосфатом кальция, являются биосовместимыми и способны поддерживать пролиферацию клеток. Было установлено, что пористые образцы полученной кальцийфосфатной керамики в большей степени чем плотные стимулируют развитие кровеносной сосудистой капиллярной сети и проявляют большую склонность к интеграции с окружающими тканями при имплантации в подкожную клетчатку мелкого лабораторного животного.
2 19 июля 2019 г.-18 июля 2020 г. Остеокондуктивные резорбируемые керамические матриксы с заданной геометрией порового пространства на основе биосовместимых фосфатов, полученные с использованием стереолитографической печати высокого разрешения, для регенеративной медицины
Результаты этапа: При выполнении проекта в течение второго года были синтезированы порошки фосфатов кальция с мольным соотношением в интервале 0,5≤Са/Р≤1,5. В предложенных новых методиках синтеза применяли механическую активацию порошков фосфатов кальция в планетарной мельнице в водных растворах молочной кислоты различной концентрации. Молочная кислота в зависимости от фазового состава исходного порошка фосфата кальция в этих условиях выполняла роль поверхностно-активного вещества (исходный порошок – монокальцийфосфат моногидрат) или вещества, вступающего в химическую реакцию (исходный порошок – β-трикальцийфофсфат). Молочная кислота также являлась прекурсором аморфного углерода, использованного в данном проекте в качестве красителя, снижающего рассеяние света и повышающего латеральное разрешение стереолитографической печати из фотоотверждаемых суспензий. Монокальцийфосфат моногидрат при обработке в условиях механической активации в планетарной мельнице растворялся, а затем кристаллизовался при сушке в присутствии молочной кислоты. Термообработка порошка при 400-700оС приводила формированию аморфного углерода и возникновению у порошков темно-серой окраски различной интенсивности. Порошок, фазовый состав которого был представлен брушитом и лактатом кальция пентагидратом был синтезирован в условиях механической активации при обработке порошка β-трикальцийфосфата в водных растворах молочной кислоты с концентрацией 1 – 6 М. Предложенный новый метод синтеза с включением стадии удаления сопутствующего продукта реакции (лактата кальция пентагидрата) промыванием позволяет управлять мольным соотношением Са/Р порошка и керамики на его основе в интервале от 1 до 1,5. В качестве исходного такой порошок позволяет получать керамический композит, фазовый состав которого может включать пирофосфат кальция, карбонат кальция и трикальцийфосфат. Для подготовки суспензии, включающей смесь фотоотверждаемых мономеров, инициатор полимеризации и ПАВ, были использованы окрашенные порошки фосфатов кальция. Эти порошки синтезировали в условиях механической активации из лактата кальция пентагидрата и монокальцийфосфата моногидрата. Монокальцийфосфат моногидрат был взят в избытке, чтобы обеспечить присутствие в порошке полифосфата кальция до 10% в качестве спекающей добавки. По данным РФА после термообработки при 600оС фазовый состав окрашенного аморфным углеродом порошка, был представлен γ-пирофосфатом кальция. Из полученной суспензии с использованием метода стереолитографической печати были сформованы образцы с заданной геометрией порового пространства (архитектура «гироид» и «кельвин»). После обжига при 1000oC образцы β-пирофосфатной керамики с пористостью 80% сохраняли форму и сплошность, обладали достаточной для манипуляций прочностью. Испытания in vitro продолжительностью до 30 суток были проведены для двухфазного керамического материала, фазовый состав которого был представлен α и β полиморфными модификациями трикальцийфосфата (Са/Р=1,5). Вследствие реакции более растворимой α- модификацией трикальцийфосфата с культуральной средой происходило ее закисление рядом с поверхностью образца и формирование на поверхности керамики некомфортного для клеток рельефа из острых пластин гидроксиапатита кальция.
3 31 марта 2021 г.-28 февраля 2022 г. Остеокондуктивные резорбируемые керамические матриксы с заданной геометрией порового пространства на основе биосовместимых фосфатов, полученные с использованием стереолитографической печати высокого разрешения, для регенеративной медицины
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".