ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Разработка биосовместимых и биоактивных покрытий титановых имплантов (для спецсплавов)
Development of biocompatible and bioactive coatings for titanium implants (for special alloys)
Разработка имплантов для персонифицированной медицины
Имеется задел в области синтеза и изучения свойств биосовместимости требуемых материалов
Хоздоговор, ФЦП |
# | Сроки | Название |
1 | 15 ноября 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Теоретические исследования. Разработка плана, выбор и обоснование методик. |
Результаты этапа: В результате теоретической и экспериментальной работы 1 этапа, посвященного теоретическим исследования, разработке плана, выбору и обоснованию методик исследований и испытаний, а также предварительной отработке технологий были выполнены следующие работы: разработаны программа и методики исследовательских испытаний в части биосовместимости экспериментальных образцов из сверхупругих сплавов на основе Ti-Zr-Nb и программа и методики исследовательских испытаний биополимерного материала, предназначенного для нанесения покрытия на экспериментальные образцы сверхупругих сплавов на основе Ti-Zr-Nb; разработана оптимальная композиция биополимерного материала для нанесения покрытия на экспериментальные образцы сверхупругих сплавов и выполнено исследование физико-химических свойств биополимерного материала; Получены экспериментальные образцы биополимерного материала в виде пленок для нанесения покрытия на экспериментальные образцы сверхупругих сплавов; в соответствии с утвержденной программой и методиками выполнена проверка биосовместимости биополимерного покрытия in vitro, в том числе методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии исследованы адгезия, пролиферация и жизнеспособность остеобластоподобных клеток MG-63 на поверхности пленок из биополимерного материала. Анализ данных количественного подсчёта клеток на поверхности различных экспериментальных образцов биополимерного материала в виде пленок показал, что по мере культивирования происходит увеличение количества остеобластоподобных клеток MG-63 на поверхности образцов, что свидетельствует о том, что поверхность разрабатываемых экспериментальных образцов является прекрасным субстратом для адгезии и пролиферации. При этом, микроскопический анализ продемонстрировал, что организация цитоскелета, характерная для дифференцированных остеобластов, а именно замещение стресс-фибрилл тонкими актиновыми фибриллами, образующими сетчатые структуры в клетке, наблюдается на образцах 1, 2 и 3 на 7 день культивирования, а на образце 1 тонкие сетчатые из тонких актиновых фибрилл выявляются уже на 3 день культивирования. С использованием МТТ-теста исследована пролиферация остеобластоподобных клеток MG-63 на поверхности пленок из биополимерного материала. Таким образом, показано, что исследованные экспериментальные образцы биополимерного материала являются биосовместимыми, а именно поддерживают адгезию, пролиферацию и жизнеспособность остеобластоподобных клеток MG-63 и могут быть использованы в качестве покрытий сплавов. | ||
2 | 1 января 2018 г.-20 декабря 2018 г. | Отработка технологий Экспериментальные исследования и испытания |
Результаты этапа: В настоящее время является крайне актуальной проблема создания материала для имплантируемых внутрикостных конструкций, который бы состоял только из безопасных компонентов, по своим механическим свойствам был близок к костной ткани, а также был "дружественен" окружающим тканям с точки зрения состава и морфологии поверхности. Одним из наиболее перспективных способов придания инертной металлической поверхности остеоиндуктивной и антимикробной активности является покрытие имплантатов биоразлагаемыми и биосовместимыми полимерами, в которые также можно вводить лекарственные вещества. Среди разрабатываемых и используемых биомедицинских полимеров особое внимание привлекают биоразлагаемые поли-3-оксиалканоаты – поли-3-оксибутират (ПОБ) и его сополимеры. В отличие от природных полимеров и химически синтезированных полимеров, ПОБ и его сополимеры получают биотехнологическим путем, который позволяет достичь высокой степени чистоты, задавать и контролировать физико-химические свойства биополимеров в узких пределах в процессе их биосинтеза. Таким образом, важным направлением создания биосовместимых изделий является нанесение на поверхность металлических имплантатов покрытий из биосовместимых материалов, структура и свойства которых способствуют срастанию материала имплантата с костной тканью. Именно такие разработки и исследования проводятся в рамках данного проекта. В результате выполнения работ 2 этапа проекта была разработана «Лабораторная методика покрытия экспериментальных образцов из сверхупругих сплавов на основе Ti-Zr-Nb полученным биополимерным материалом». В результате исследования морфологии поверхности экспериментальных образцов и определения толщины биополимерного покрытия методами оптической, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии было показано, что поверхности экспериментальных образцов титановых сплавов с биополимерным покрытием могут быть одного из двух типов: гладкие или ячеистые. Вероятно, ячеистые поверхности формируются в тех случаях, когда пленка биополимера повторяет гранулярную поверхность Ti-Nb-Zr и не сглаживает ее. Методом СЭМ были измерены толщины биополимерных покрытий на поверхности экспериментальных образцов Ti-Zr-Nb. Толщина всех покрытий лежала в микрометровом диапазоне, полимер ПОБ формировал более толстые покрытия, чем ПОБВ. Как известно, важными свойствами материалов для создания имплантатов являются способность поддерживать адгезию, пролиферацию и жизнеспособность клеток. Анализ всех полученных результатов проведенных исследовательских испытаний в экспериментах in vitro подтверждает, что все экспериментальные образцы сверхупругих сплавов являются биосовместимыми, так как поддерживают адгезию, пролиферацию и жизнеспособность остеобластоподобных клеток MG-63 и обеспечивают возможность миграции клеток на поверхности. Кроме того, была выявлена тенденция к увеличению удельной активности щелочной фосфатазы на 7 и 14 дни культивирования, что свидетельствует о способности исследуемых образцов к индукции остеогенной дифференцировки остеобластоподобных клеток MG-63, также установлено, что организация цитоскелета остеобластоподобных клеток MG-63, культивируемых на поверхности экспериментальных образцов сверхупругих сплавов, характерна для дифференцированных остеобластов – наблюдается замещение стресс-фибрилл тонкими актиновыми фибриллами, образующими сетчатые структуры в клетке, а также выявляются участки глобулярного актина. Все полученные на 2 этапе результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также документы, содержащие конструктивные и технологические (методические) решения, будут использованы для реализации последующих этапов и выполнения НИР в целом. Все проведенные на данном этапе работы выполнены в соответствии с Планом-графиком в полном объеме и в срок и удовлетворяют условиям, установленным в Техническом задании Договора. | ||
3 | 1 января 2019 г.-4 декабря 2019 г. | Оптимизация технологий. Получение пробных партий заготовок. Изготовление экспериментальных образцов конечных изделий. |
Результаты этапа: В результате выполнения заключительного этапа проекта была разработана Лабораторная методика получения биополимерных покрытий двух типов, содержащих отобранное лекарственное вещество с остеоиндуктивной и антибактериальной активностью, с использованием данной методики для проведения сравнительных исследовательских испытаний были наработаны образцы – Экспериментальные образцы сплавов на основе Ti-Zr-Nb с пористостью 50%, покрытые биополимерным материалом – поли-3-оксибутиратом (ПОБ) с молекулярной массой 3,64×105, с содержанием биополимерного материала в 2,4±0,3% (вес.) с содержанием в биополимерном покрытии лекарственного вещества с остеоиндуктивной активностью – симвастатином, 5,0±0,5% (вес.) и Экспериментальные образцы сплавов на основе Ti-Zr-Nb с пористостью 50%, покрытые биополимерным материалом – поли-3-оксибутиратом (ПОБ) с молекулярной массой 3,64×105, с содержанием биополимерного материала в 2,4±0,3% (вес.) и содержанием в биополимерном покрытии лекарственного вещества с антибактериальной активностью – левофлоксацином, 5,0±0,5% (вес.). Для полученных образцов были проведены исследования морфологии поверхности в процессе его деградации in vitro. По результатам исследований было установлено, что на качественном уровне поверхность биополимерного покрытия в процессе деградации in vitro практически не изменяется на протяжении довольно длительного периода (до 3 месяцев), т.е. покрытие является стабильным как в отношении связи с поверхностью образцов, так и в плане сохранения своей структуры. В соответствии с Программами и методиками были проведены сравнительные исследовательские испытания экспериментальных образцов из сверхупругих сплавов на основе Ti-Zr-Nb без покрытия, с биополимерным покрытием и биополимерным покрытием, содержащим низкомолекулярное лекарственное вещество с остеоиндуктивной и антибактериальной активностью, включающие: - анализ биосовместимости in vitro, в том числе исследование адгезии, пролиферации и жизнеспособности остеобластоподобных клеток MG-63 на поверхности экспериментальных образцов, методами конфокальной лазерной сканирующей микроскопии и МТТ-теста. Результаты исследований показали, что экспериментальные образцы сверхупругих сплавов на основе Ti-Zr-Nb без покрытия, с биополимерным покрытием и биополимерным покрытием, содержащим низкомолекулярное лекарственное вещество, поддерживают адгезию, пролиферацию, жизнеспособность остеобластоподобных клеток MG-63, т.е. являются биосовместимыми в экспериментах in vitro. - анализ изменения уровня экспрессии генов alp и oc (щелочной фосфатазы и остеокальцина), маркеров остеогенной дифференцировки в остеобластоподобных клетках MG-63. В результате исследований было установлено, что экспериментальные образцы с покрытием и с покрытиями, содержащими низкомолекулярные лекарственные вещества обеспечивают более высокий уровень экспрессии генов, связанных с остеогенной дифференцировкой и обладают лучшими остеоиндуктивными свойствами по сравнению с образцами без покрытия. - количественную оценку отложений кальция остеобластоподобными клетками MG-63 биохимическими методами по повышению уровня щелочной фосфатазы, определяемому по гидролизу п-нитрофенилфосфата (p-Nitrophenyl Phosphate) и детекцией минерализации поверхности образцов окрашиванием Ализариновым красным. В результате проведенных исследований было показано, что экспериментальные образцы с покрытием и с покрытиями, содержащими низкомолекулярные лекарственные вещества обеспечивают более интенсивные процессы минерализации поверхности образцов и обладают лучшими остеоиндуктивными свойствами по сравнению с образцами без покрытия. Таким образом в результате выполненных исследований текущего этапа было установлено, что нанесение биополимерного покрытия и биополимерного покрытия, содержащего низкомолекулярные лекарственные вещества с остеоиндуктивной и антибактериальной активностью, улучшает биосовместимость и остеоидуктивные свойства экспериментальных образцов из сплавов на основе Ti-Zr-Nb. Все проведенные на этапе работы и работы по проекту в целом выполнены в соответствии с Планом-графиком в полном объеме, в срок и удовлетворяют условиям, установленным в Техническом задании Договора. |
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".