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 № 1 в период с 19.09.2014 по 31.12.2014 выполнялись следующие работы:

Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме.

Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.

Представлены выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач.

Разработан план исследований экспериментальных образцов имплантатов in vivo и in vitro.

Исследована физиологическая активность лейкоцитов крови человека после контакта с порошками СВМПЭ.

Исследован индуцированный гемолиз эритроцитов крови человека после контакта с порошками СВМПЭ.

Получены экспериментальные образцы СВМПЭ с пористой структурой методом спекания, с возможностью регулирования размеров пор.

Получены экспериментальные образцы СВМПЭ с пористой структурой методом выщелачивания легкорастворимого наполнителя.

Проведены структурные исследования экспериментальных образцов СВМПЭ. Изучено распределение пор по размерам. Определено объёмное содержание пор в полимере.

Получены экспериментальные образцы сплошного армирующего слоя биоинженерных конструкций.

Разработана методика получения СВМПЭ с высокой пористостью. Разработана методика получения сплошного армирующего слоя биоинженерных конструкций.

Разработаны программа и методики испытаний экспериментальных образцов СВМПЭ с высокой пористостью и экспериментальных образцов сплошного армирующего слоя и проведены испытания.

Проведены исследования сплошного армирующего слоя биоинженерных конструкций методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии.

Разработана методика совмещения сплошного армирующего слоя и пористого слоя в монолитную биоинженерную конструкцию.

Подведены итоги этапа. Разработан промежуточный отчет о ПНИ.

Выделена и оборудована площадка под «чистую» комнату.

Представлено материально-техническое обеспечение выполнения работ.

Разработана лабораторная установка для стерилизации биоинженерных конструкций, осаждения биоактивных покрытий на поверхность сплошного армирующего слоя и насыщения СВМПЭ с высокой пористостью белковыми факторами роста методом сверхкритичных сред. Проведен монтаж и запуск лабораторной установки.

При этом были получены следующие результаты:

Были рассмотрены современные материалы, применяемые в имплантологии для восстановления целостности костных тканей, рассмотрено влияние структуры материала на остеокондуктивные свойства имплантатов. Рассмотрены основные принципы и механизмы регенерации костных тканей с использованием различных биоматериалов. Представлен обзор по современным методам формирования пористой структуры у синтетических полимерных материалов. Был произведён патентный поиск в проблемно-ориентированной области и представлены передовые результаты, полученные в ведущих мировых и отечественных фирмах и центрах по разработке костных иплантатов.

В качестве материала для изготовления бислойной биоинженерной конструкции был выбран биостабильный сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). В качестве биоматериалов было решено использовать мезенхимальные стволовые клетки и белок TGF-β. Для создания антибактериального слоя на поверхности имплантата было решено использовать цефалоспоринов второго поколения и бета-лактамных антибиотиков ряда пенициллина. Для импрегнирования антибиотиков и стерилизации имплантатов остановились на использовании сверхкритических флюидов.

Был разработан план проведения исследований in vivo и in vitro экспериментальных образцов имплантатов.

Интенсивность гибели лейкоцитов, индуцированная всеми тремя испытуемыми образцами порошков СВМПЭ, не превышала 9%, что меньше предельно допустимого значения IC.

Интенсивность индуцированного гемолиза (ИГ) после инкубации с тремя испытуемыми образцами порошков СВМПЭ не превышала 4,1%, что значительно меньше предельно допустимого значения ИГ.

Были получены экспериментальные пористые образцы СВМПЭ методом спекания с использованием 4 различных разработанных температурных программ. Все образцы, полученные методом спекания, продемонстрировали неудовлетворительные свойства по пластичности.

Были получены экспериментальные пористые образцы СВМПЭ методом термопрессования с последующим выщелачиванием порообразующего наполнителя. Экспериментальные пористые образцы, полученные при давлении термопрессования 70 МПа, продемонстрировали высокую обратимую упругость и высокую пластичность при изгибе на 90°.

Были проведены структурные исследования полученных пористых образцов. При давлении термопрессования в 70 МПа порошок СВМПЭ образует единый пористый каркас. Размер формируемых пор пропорционален размеру вводимого наполнителя и находится в диапазоне от 100 мкм до 800 мкм, что соответствует п.4.2.3.1 ТЗ.

Была измерена объёмная пористость пористых образцов. Образцы с массовым содержанием NaCl от 60 до 80 % продемонстрировали объёмную пористость удовлетворяющую ТЗ. Пористые образцы, полученные методом термопрессования при давлении 5 МПа, удовлетворяют требованиям ТЗ по количеству пор при содержании NACl от 70 до 80 % масс. Пористые образцы, полученные методом термопрессования при давлении 70 МПа, имеют объёмную пористость равную 79%, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

По результатам проведённых испытаний и исследований было установлено, что только пористые образцы, полученные методом термопрессования при давлении 70 МПа удовлетворяют требованиям ТЗ.

Были получены методом термопрессования экспериментальные образцы сплошного армирующего слоя биоинженерных конструкций.

Были разработаны методики получения СВМПЭ с высокой пористостью и сплошного армирующего слоя биоинженерных конструкций. На рисунке 1 представлена СЭМ СВМПЖ, совмещающего в себе пористую и сплошную структуры.

Рисунок 1 – Фотография двухслойного материала и СЭМ участка этого материала, где наблюдается переход от пористой структуры к сплошной

 

Проведённые испытания экспериментальных высокопористых образцов СВМПЭ показали, что полученные материалы обладают прочностью по достижению деформации 40% 1,36±0,11 МПа, модулем упругости 14,3 ±0,9 МПа и максимальной деформацией до потери устойчивости 47 %.  Испытания на изгиб высокопористых образцов СВМПЭ продемонстрировали высокую пластичность при изгибе. Оценка распределения пор по размерам у высокопористых образцов СВМПЭ показала, что все поры находятся в диапазоне от 80 мкм до 700 мкм. Все поры в СВМПЭ являются открытыми и сообщающимися между собой.

Была разработана методика совмещения сплошного армирующего слоя и пористого слоя в монолитную  биоинженерную конструкцию, заключающаяся в едином цикле термопрессования этих слоёв. В материале полученным таким методом образуется переходный когезионный слой, соединяющий сплошную и пористую структуры материала. Разработанная методика позволяет формировать сплошной и высокопористый слои в один цикл термопрессования.



Категории