Макропористая фосфатная керамика с оптимизированной архитектурой как основа тканеинженерных конструкций, предназначенных для регенерации костной ткани

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 14-19-00752

НазваниеМакропористая фосфатная керамика с оптимизированной архитектурой как основа тканеинженерных конструкций, предназначенных для регенерации костной ткани

Руководитель Путляев Валерий Иванович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова биокерамика, фосфаты кальция, резорбция, макропоры, быстрое прототипирование, топологическая оптимизация

Код ГРНТИ76.09.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка и производство биоматериалов для замены костной ткани составляют один из высокотехнологичных секторов экономики, однако тип и качество существующих на сегодняшний день материалов имплантатов и технология их изготовления неудовлетворительны. Причем «узким местом» являются не медицинские технологии, связанные с установкой имплантата в организм, а инженерные и материаловедческие проблемы создания имплантата определенного химического и фазового состава, с определенной морфологической архитектурой Важнейшими характеристиками разрабатываемых имплантатов, помимо естественного требования биосовместимости, являются 1) способность к резорбции, которая коррелирует с растворимостью материалов в слабокислых и нейтральных средах, 2) остеокондуктивность (или остеопроводимость) – способность материала обеспечивать проходимость биологических потоков, прорастание в имплантат кровеносных сосудов (васкуляризация), адгезию и связывание остеогенных клеток; эти характеристики коррелирует с физической проницаемостью пористого тела. Проектирование оптимальной архитектуры (в виде твердого тела с регулярными, связанными между собой макропорами) и ее точное воспроизведение в керамике заданного состава – представляют собой серьезный научно-технологический вызов. Ответ на него может быть дан только в рамках современных методов быстрого прототипирования. Комплексная задача данного проекта может быть сформулирована как проектирование моделей имплантатов с оптимальной архитектурой и их воспроизведение в виде резорбируемой макропористой керамики на основе фосфатов кальция типа Са3-хМ2х(РО4)2 (М=Na, K) с составом в диапазоне Са/Р =1 – 1.5 методами быстрого прототипирования. Использование двойных фосфатов типа Са2-хМ2х(РО4)2 (М=Na, K) в широком диапазоне составов для получения остеокондуктивной резорбируемой биокерамики посредством различных способов 3D-печати предлагается впервые. Для решения поставленной задачи необходимо: 1) выбрать составы и условия синтеза порошков указанных фосфатов; условия подготовки порошковых систем, в состав которых предполагается добавление дисперсионной среды и введение добавок органической и неорганической природы, модифицирующих реологию высококонцентрированных суспензий (ВКС); 2) сформулировать состав ВКС, используемых для различных вариантов прототипирования; 3) оптимизировать архитектуру (топологию) модели керамического остеокондуктивного каркаса с точки зрения механических характеристик и проницаемости; 4) апробировать два основных варианта прототипирования, рассматриваемых в данном проекте (инвертированной и прямой 3D-печати) и сделать выбор между ними; отработать технологию выбранного варианта печати; 5) определить условия термообработки моделей после печати для получения прочного керамического имплантата; 6) провести прочностные испытания изготовленных имплантатов и их физической проницаемости; провести выборочные медико-биологические испытания.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Климашина Е.С., Орлов Н.К. Formation of osteoconductive calcium-phosphate bioceramics Ca3-xM2x(PO4)2 (M=Na, K) by stereolithography 3D-printing Inorganic Materials (год публикации - 2017)

2. Евдокимов П.В., Путляев В.И., Дубров В.Э., Щербаков И.М., Сафронова Т.В., Климашина Е.С., Филиппов Я.Ю. 3D printing of bioresorbable osteoconductive ceramic implants based on double calcium alkali metal phosphates European Orthopaedic Research Society 24th Annual Meeting, EORS 2016 Bologna (год публикации - 2016)

3. V. M. Ievlev, V. I. Putlyaev, T. V. Safronova, and P. V. Evdokimov Additive Technologies for Making Highly Permeable Inorganic Materials with Tailored Morphological Architectonics for Medicine Inorganic Materials, N.13, V.51, P.1297–1315 (год публикации - 2015)
10.1134/S0020168515130038

4. P.V. Evdokimov, V.I. Putlyaev, V.M. Ievlev, E.S. Klimashina, T.V. Safronova Osteoconductive Ceramics with a Specified System of Interconnected Pores Based on Double Calcium Alkali Metal Phosphates Doklady Chemistry, Part 2, V.460, P.61-65 (год публикации - 2015)
10.1134/S0012500815020056

5. Евдокимов П.В., Путляев В.И., Иевлев В.М., Климашина Е.С., Сафронова Т.В. Остеокондуктивная керамика с заданной системой сквозных пор на основе смешанных фосфатов кальция и щелочных металлов Доклады академии наук, №3, т.458 (год публикации - 2015)

6. Иевлев В.М., Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Климашина Е.С. Аддитивные технологии создания макропористой керамики: остеокондуктивная кальций-фосфатная биокерамика Сборник: VII Всероссийской конференции «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ И НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ — ФАГРАН-2015», Издательско-полиграфический центр "Научная книга" ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный университет", C.41-42 (год публикации - 2015)

7. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Орлов Н.К., Милькин П.А. Osteocondutctive calcium-phosphate ceramics formed by 3D-printing Abstract book in 5 volumes "Chemistry and Technology of materials and nanomaterials" XX Mendeleev Congress on general and applied chemistry., Vol.2b, p.50 (год публикации - 2016)

8. Valeriy Putlyaev 3D Printing of Macroporous Resorable Bioceramics with Special Architecture International Conference on Bioprinting and Biofabrication, http://community.sk.ru/events/2349.aspx (год публикации - 2014)

9. Орлов Н.К., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Изучение механической прочности биорезорбируемой керамики на основе Ca(3-x)М2x(PO4)2 (М=Na, K) XIII Конференция молодых ученых Актуальные проблемы неорганической химии: перспективные магнитные и электропроводящие материалы, Программа лекций и тезисы докладов, с. 122 (год публикации - 2014)

10. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Орлов Н.К., Климашина Е.С., Сафронова Т.В., Гаршев А.В. Osteoconductive ceramics based on Ca3-xNa2x(1-y)K2xy(PO4)2: fabrication and resorbability testing Book of Proceedings: Biomaterials for Healthcare. Biomaterials For Tissue And Genetic Engineering And The Role Of Nanotechnology, p.119-122 (год публикации - 2016)

11. Evdokimov P.V., Putlayev V.I., Orlov N.K., Prosvirin D.V., Klimashina E.S. Resorbable Osteoconductive Ceramics Based on Double Phosphates of Calcium and Alkali Metals with Kelvin Architecture XII International Conference on Nanostructured Materials (NANO 2014): Abstracts, http://www.nano2014.org/thesis/view/4586 (год публикации - 2014)

12. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Орлов Н.К., Милькин П.А. Фазовые равновесия в системе CaNaPO4 - CaKPO4 Сборник трудов XIII Российско-Китайского Симпозиума «Новые материалы и технологии». ISBN 978-5-902063-53-7 , М.: Интерконтакт Наука Москва, Россия, T.2, C.577-581 (год публикации - 2015)

13. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Климашина Е.С., Филиппов Я.Ю. 3D-Печать остеокондуктивной биокерамики на основе Са3-хМ2х(РО4)2 Сборник тезисов: Научная конференция грантодержателей РНФ «Фундаментальные химические исследования XXI-го века», 20-24 ноября 2016 г, с.119-120 (год публикации - 2016)

14. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Климашина Е.С., Филиппов Я.Ю., Ларионов Д.С. Стереолитографическое формование остеокондуктивной кальцийфосфатной биокерамики Сборник трудов XIII Российско-Китайского Симпозиума «Новые материалы и технологии». ISBN 978-5-902063-53-7 , М.: Интерконтакт Наука Москва, Россия, Т.2, С.571-576 (год публикации - 2015)

15. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Орлов Н.К., Милькин П.А. Макропористая биокерамика с различной морфологической архитектурой Сборник тезисов: Физико-химические основы разработки новых материалов и инновационных технологий, Материалы конференции, 21 – 23 апреля 2016 г, с.63-64 (год публикации - 2016)

16. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Филиппов Я.Ю., Сафронова Т.В., Тихонов А.А. Study of calcium-phosphate slurries for making bioceramics with complex architecture Glass and Ceramics (год публикации - 2017)

17. Evdokimov P.V., Putlyaev V.I., Ivanov V.K., Garshev A.V., Shatalova T.B., Orlov N.K., Klimashina E.S., Safronova T.V. Phase Equilibria in the Tricalcium Phosphate–Mixed Calcium Sodium (Potassium) Phosphate Systems Russian Journal of Inorganic Chemistry, №11, Том 59, С.1219 - 1227 (год публикации - 2014)
10.1134/S0036023614110084

18. Путляев В.И., Сафронова Т.В., Евдокимов П.В., Климашина Е.С., Филиппов Я.Ю. Аддитивные технологии изготовления кальцийфосфатной биокерамики Сборник материалов Всероссийской летней школы для студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием "Перспективные технологии в материаловедении", Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, Москва, 1-4 июня 2015, C.33-36 (год публикации - 2015)

19. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Сафронова Т.В., Гаршев А.В., Орлов Н.К., Милькин П.А. 3D-печать резорбируемой остеокондуктивной биокерамики на основе порошков Саз-хМ2х(РО4)2 Сборник материалов: VI Всероссийская конференция по наноматериалам с элементами научной школы для молодежи. Москва. 22-25 ноября 2016 г., с.612-613 (год публикации - 2016)

20. Путляев В.И., Сафронова Т.В., Филиппов Я.Ю., Евдокимов П.В. COLLOIDAL FORMING REACTION-BONDED CALCIUM PHOSPHATE COMPOSITES Inorganic Materials: Applied Research (год публикации - 2016)

Публикации