В соответствии с Соглашением о предоставлении субсидии для финансового обеспечения (возмещения) затрат, связанных с выполнением прикладных научных исследований (проекта) в рамках реализации Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы" получатель субсидии обязан размещать на официальном сайте получателя субсидии в сети Интернет сведения о ходе выполнения прикладных научных исследований (проекта) в открытом доступе по форме, установленной Министерством образования и науки Российской Федерации (далее - Минобрнауки России).

Сайт Федеральной целевой программы Рекомендации по размещению сведений о ходе выполнения проекта

Разработка бислойной биоинженерной конструкции на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для репаративной хирургии плоских и трубчатых костей

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 19.09.2014 № 14.578.21.0055 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2015 по 30.06.2015 выполнялись следующие работы:

Изготовлены экспериментальные образцы биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ.
Разработана Программа и методики испытаний экспериментальных образцов биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ.
Проведены структурные исследования экспериментальных образцов биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ.
Проведены испытания экспериментальных образцов биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ по Программе и методикам испытаний.
Получены культуры мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) млекопитающих.
Подведены итоги этапа. Разработан промежуточный отчет о ПНИ.
Проведено сравнительное изучение применения различных подходов для  стерилизации экспериментальных образцов биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ. 
Исследована деконтаминированность экспериментальных образцов СВМПЭ с высокой пористостью после стерилизации в лабораторной установке. 
Отработана методика осаждения биоактивных покрытий с бактерицидным эффектом на поверхность сплошного армирующего слоя. 
Проведено изучение торможения роста колоний бактерий после коинкубации с экспериментальными образцами сплошного армирующего слоя. 
Отработана методика насыщения биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ белковыми факторами роста и/или ММСК. 

При этом были получены следующие результаты:
Проведено изготовление экспериментальных образцов биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ. Формируемые биоинженерные конструкции имитируют трубчатую кость. Пористый слой СВМПЭ имитирует губчатую ткань, а сплошной армирующий слой СВМПЭ кортикальную. 





Рисунок 1 - Образцы пористого СВМПЭ









Рисунок 2 – Фотография сечения биоинженерной конструкции на основе СВМПЭ и её увеличенная часть с помощью СЭМ




Полученные конструкции демонстрируют механическую прочность на сжатие. Слой пористого СВМПЭ прочно связан с армирующим слоем и не отделяется, не расслаивается при нагрузке. Полученные результаты свидетельствуют о высоких механических характеристиках биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ: предел прочности на сжатие более 70 МПа, модуль Юнга при сжатии более 1350 МПа. Механические свойства биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ близки к свойствам костной ткани.




 

Рисунок 3 – Фотография экспериментального образца биоинженерной конструкции на основе пористого СВМПЭ в разрезе после испытаний на сжатие





Проведённые структурные исследования позволили установить, что в процессе получения биоинженерной конструкции не происходит окисления (термодеструкции) сплошного армирующего слоя.
Получены культуры мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК), источником которой являлась спонгиозная масса костного мозга диафиза бедренных костей мышей линии C57BL/6J, в объеме 5 мл с концентрацией 460 000 клеток/мл, для последующего введения в биоинженерную конструкцию.
Получены результаты изучения возможности применения различных подходов для стерилизации экспериментальных образцов биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ. Исследовалась стерилизация спиртом, сухим жаром, в автоклаве, а также при помощи лабораторной установки, разработанной на этапе 1. Показано, что оптимальным неразрушающим методом стерилизации, не приводящим к деструкции СВМПЭ, но эффективным, является метод стерилизации сверхкритическим диоксидом углерода при 200 атм, 40 оС в течение 15 мин с помощью лабораторной установки, разработанной на этапе 1.
Получены результаты исследования деконтаминированности эксперименталь-ных образцов СВМПЭ с высокой пористостью после стерилизации в лабораторной установке. Полученные результаты анализа посевов экспериментальных образцов СВМПЭ с высокой пористостью, демонстрирующие отсутствие признаков колониеобразования как бактерий, так и грибов в специализированной питательной среде, свидетельствуют об отсутствии  контаминации исследуемых образцов мик-рофлорой после стерилизующей обработки в лабораторной установке сверхкритическим диоксидом углерода.
Проведены исследования торможения роста колоний бактерий после коинкубации с  экспериментальными образцами сплошного армирующего слоя. Проведенные экспериментальные исследования позволили констатировать эффект торможения роста колоний  грампозитивных и грамнегативных микроорганизмов различных видов (S.aureus, S. epidermidis, E. faecalis, B. subtilis, E.coli) после коинкубации с экспериментальными образцами сплошного армирующего слоя СВМПЭ. Поскольку основу активного покрытия составлял препарат амоксициллин, относимый к группе полусинтетических β-лактамных антибиотиков пенициллинового ряда с известным механизмом действия, то можно констатировать, что в результате работы, проведенной на данном этапе ПНИ, были созданы экспериментальные образцы сплошного армирующего слоя на основе СВМПЭ с бактерицидным покрытием.






 

Рисунок  4 – Учет результатов задержки колониеобразования бактерий вокруг экспериментального образца сплошного армирующего слоя с покрытием, контрольного (без покрытия) и стандартизированного диска) в проходящем свете






Была отработана методика насыщения пористого слоя СВМПЭ ММСК и TGFβ/ММСК. Были определены оптимальные концентрации использования ММСК и TGFβ, обеспечивающие наиболее интенсивную пролиферацию. Так, для пористого образца СВМПЭ объёмом 1570 мм3 нагрузка ММСК должна составлять  6,4×105 клеток на 1 мм3 образца.
По основным результатам работ Этапа 2 можно заключить, что изготовленные экспериментальные образцы биоинженерных констукций на основе пористого СВМПЭ обладают оптимальным набором механических и структурных характеристик, наилучшим образом подходящих для создания нерезорбируемых костных имплантатов. Предложенный метод обработки сверхкритическим диоксидом углерода позволяет эффективно проводить стерилизацию биоинженерных констукций, а разработанная методика нанесения биоактивного покрытия амоксициллина позволяет получать сплошной армирующий слой СВМПЭ с бактерицидным эффектом. Данный результат на подобной системе получен впервые, что является важным фактором новизны работы, а также соответствует мировому уровню. Предложенная методика насыщения биоинженерных конструкций на основе пористого СВМПЭ белковыми факторами роста и/или ММСК позволяет водить оптимальные концентрации, обеспечивающие наиболее интенсивную пролиферацию. Все заявленные требования в ТЗ на 2 этап выполнения ПНИ были полностью выполнены. Полученные в ходе выполнения ПНИ результаты будут являться основой для дальнейшего создания бислойных био-инженерных конструкций для репаративной хирургии плоских и трубчатых костей, с использованием ростовых факторов и клеточных технологий.






Категории