Биомиметические композиты, имитирующие свойства эмали и дентина зубов человека: получение и фундаментальные исследования механизмов интеграции с естественной твердой тканью на субмикронном уровне

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 21-15-00026

НазваниеБиомиметические композиты, имитирующие свойства эмали и дентина зубов человека: получение и фундаментальные исследования механизмов интеграции с естественной твердой тканью на субмикронном уровне

Руководитель Середин Павел Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" , Воронежская обл

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-216 - Стоматология и хирургическая стоматология

Ключевые слова нативная твердая ткань зубов человека; биомиметические композиты; эмаль; дентин

Код ГРНТИ76.29.55

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Повышение качества условий жизни людей является приоритетным направлением национального развития во всех цивилизованных государствах. В рамках этого направления доминантной является улучшение уровня оказываемой населению своевременной стоматологической помощи, в виду огромного влияния стоматологического статуса человека на все сферы его социальной деятельности. Анализируя современные публикации о развитии высоких технологий в медицине, а точнее о новейших подходах в регенеративной и реставрационной стоматологии, можно утверждать, что эта тематика является актуальной и высокоприоритетной задачей на государственном уровне в целом ряде зарубежных стран. В частности, хорошим показателем значимости таких технологий и их актуальности являются крайне высокие расходы на реставрационную стоматологию в Европе. К примеру, в Германии в 2019 году стоимость повторного лечения последствий кариозного процесса с реставрацией зубной ткани для страховых компаний составила 20 миллиардов евро, что соответствует 48% всех заболеваний, обусловленных питанием. Неудивительно, что в последние годы происходит смена парадигмы и в основу доктрины современной терапевтической, эстетической и хирургической стоматологии положено стремление максимально сохранить естественные структуры биоткани или воспроизвести их, достигнув минимального рассогласования тканей организма и области инвазивного вмешательства. Научным базисом данного подхода является концепция биомиметической реставрации и регенерации зубной ткани организма человека, которая объединяет междисциплинарные фундаментальные и прикладные задачи создания, исследования и применения природоподобных биоматериалов. Концепция базируется на «принципе подобия» физико-химических свойств и локального субмикронного взаимодействия между органоминеральными компонентами в природной твердой ткани и биомиметических композитах, используемых для реставрации и регенерации нативной ткани. Регенерация утраченной зубной ткани с применением биомиметических материалов, а не практикуемая сегодня в массе замена удаляемой ткани зубными материалами, обеспечит оптимальный терапевтический подход к лечению, отличную биосовместимость, максимальное сохранение естественной ткани при препарациях и высокий уровень успеха терапии. В предлагаемом нами Проекте планируется решение задачи получения высокотропных к интактной зубной ткани биомиметических композитов, воспроизводящих структурные, физико-химические, морфологические, оптические и биомеханические свойства, имитирующих структуру (в т.ч. на нано уровне), иерархию и особенности анизотропии твердых тканей зуба человека, а также образующих устойчивую функциональную связь с нативной тканью. В результате выполнения Проекта впервые будут синтезированы, изучены и апробированы на практике новые материалы для биомиметической стоматологии, на основе карбонат замещенного гидроксиапатита кальция и органической матрицы из смеси полярных аминокислот, соответствующих органоминеральному комплексу зубов человека. Научная новизна поставленной задачи состоит в установлении закономерностей и условий формирования биомиметических композитов, исходя из собственных экспериментальных данных, полученных на основе комплексных исследований нативных твердых тканей зуба человека, изучения фундаментальных особенностей взаимодействия между компонентами органоминеральной системы зубного матрикса и его наноструктурированной организации, а также базируясь на разработанной и запатентованной нами технологии синтеза нанокристаллического карбонат-замещенного гидроксиапатита (КГАП) из биогенного сырья и ряда полярных аминокислот, для точной имитации биоматериалом структуры, иерархии и особенностей анизотропии конкретного типа участка эмали или дентина зуба человека и их аминокислотного матрикса. Предварительные результаты исследований продемонстрировали уникальную перспективу предлагаемого нами подхода: основываясь на полученных в Проекте данных, мы сможем предложить для промышленного производства новый класс стоматологических материалов, а также сформировать алгоритмы лечебных мероприятий и рекомендаций практикующим врачам-стоматологам по их применению. Благодаря этому станет возможным максимально приблизиться к биомиметическому соответствию между анатомической основой естественной твердой ткани зуба и реставрационным материалом. В итоге это обеспечит максимальное сохранение нативной ткани в ходе проведения стоматологических реставрационных мероприятий и позволит в будущем отказаться от применения дорогостоящих коронок и штифтов в пользу частичной биомиметической реставрации. Этот подход внесет реальный вклад в общественное здравоохранение в нашей стране, а также значительно снизит стоимость инвазивного лечения. Данный Проект частично базируется на результатах, полученных нашим авторским коллективом в успешно завершенных нами Проектах РНФ “16-15-00003" и "16-15-00003-П" – Разработка эффективных методов превентивной стоматологической помощи за счет нормализации обменных процессов в твердых тканях человеческого зуба in-vivo с использованием биомиметических материалов, обладающих высоким реминерализационным потенциалом” (рук. Середин П.В.). С учетом уже имеющегося у нашего авторского коллектива научного задела в области Проекта не вызывает сомнений его успешное выполнение и решение всех поставленных в Проекте задач. Предлагаемые в заявляемом Проекте подходы по своей новизне и перспективности соответствуют мировому уровню и тенденциям в области фундаментальной медицины, а также имеют большой инновационный и коммерческий потенциал для импортозамещения в сегменте материалов для терапевтической/реставрационной/регенеративной стоматологии. Планируемый результат не будет иметь аналогов или сопоставимых прототипов в России и частично за рубежом. В результате выполнения Проекта будут подготовлены и опубликованы не менее 10 статей в журналах мирового уровня, в том числе 5 из перечня журналов входящих в первый и второй квартиль Q1/Q2, а также направлены заявки на получение патентов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Середин П.В., Голощапов Д.Л., Ипполитов Ю.А., Вонгсвивут Д. Engineering of a biomimetic interface between a native dental tissue and restorative composite and its study using synchrotron ftir microscopic mapping International Journal of Molecular Sciences, V 22, I 122, Номер статьи 6510 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms22126510

2. Середин П.В., Голощапов Д.Л., Кашкаров В.М., Ипполитов Ю.А., Ипполитов И.Ю., Вонгсвивут Д. To the question on the use of multivariate analysis and 2D visualisation of synchrotron ATR-FTIR chemical imaging spectral data in the diagnostics of biomimetic sound dentin/dental composite interface Diagnostics, 11(7), 1294 (год публикации - 2021)
10.3390/diagnostics11071294

3. Середин П.В., Голощапов Д.Л., Кашкаров В.М., Худяков Ю.Ю., Ипполитов И.Ю., Ипполитов Ю.А., Вонгсвивут Д. Biomimetic nano-c-HAp hybrid layer engineering and determination of mechanisms of its integration with native hard dental tissue Results in Engineering, Том 11, Номер статьи 100266 (год публикации - 2021)
10.1016/j.rineng.2021.100266

4. Павел Середин, Дмитрий Голощапов, Владимир Кашкаров, Юрий Худяков, Дмитрий Нестеров, Иван Ипполитов, Юрий Ипполитов, Джитрапорн Вонгсвиут Development of a Hybrid Biomimetic Enamel-Biocomposite Interface and a Study of Its Molecular Features Using Synchrotron Submicron ATR-FTIR Microspectroscopy and Multivariate Analysis Techniques International Journal of Molecular Sciences, 23(19):11699. (год публикации - 2022)
10.3390/ijms231911699

5. СЕРЕДИН П.В., ИППОЛИТОВ Ю.А., ГОЛОЩАПОВ Д.Л., КАШКАРОВ В.М., ИППОЛИТОВ И.Ю., АВРААМОВА О.Г. Biomimetic strategy of a hybrid biointerface creation between native human dental tissue and dental composite Stomatologiia, vol. 101, no. 2 (год публикации - 2022)
10.17116/stomat20221010217

6. Середин П.В., Голощапов Д.Л., АлЗубайди Асаад А.Х., Кашкаров В.М., Буйлов Н.С., Ипполитов Ю.А., Вонгсвивут Дж. Engineering of biomimetic composite dental materials based on nanocrystalline hydroxyapatite and light-curing adhesive Kondensirovannye Sredy i Mezhfaznye Granitsy, 24(3): 356–361 (год публикации - 2022)
10.17308/kcmf.2022.24/9858

7. Середин П.В., Голощапов Д.Л., Кашкаров В.М., Ипполитов Ю.А. и Вонгсвивут Джитрапорн The Molecular and Mechanical Characteristics of Biomimetic Composite Dental Materials Composed of Nanocrystalline Hydroxyapatite and Light-Cured Adhesive Biomimetics, 7(2):35 (год публикации - 2022)
10.3390/biomimetics7020035

8. Середин П.В., Голощапов Д.Л., Кашкаров В.М., Нестеров Д.Н., Ипполитов Ю.А., Ипполитов И.Ю. и Вонгсвивут Джитрапорн Effect of Exo/Endogenous Prophylaxis Dentifrice/Drug and Cariogenic Conditions of Patient on Molecular Property of Dental Biofilm: Synchrotron FTIR Spectroscopic Study Pharmaceutics, 14(7):1355 (год публикации - 2022)
10.3390/pharmaceutics14071355

9. Середин П.В., Голощапов Д.Л., Кашкаров В.М., Емельянова А.А., Буйлов Н.С., Ипполитов Ю.А., Пруцкий Татьяна Development of a Visualisation Approach for Analysing Incipient and Clinically Unrecorded Enamel Fissure Caries Using Laser-Induced Contrast Imaging, MicroRaman Spectroscopy and Biomimetic Composites: A Pilot Study Journal of Imaging, 8(5):137 (год публикации - 2022)
10.3390/jimaging8050137

10. Середин П.В., Голощапов Д.Л., Буйлов Н.С., Нестеров Д.Н., Кашкаров В.М., Ипполитов Ю.А., Ипполитов И.Ю., Куюмчян С., Вонгсвивут Джитрапорн A Study of the Effects of Medical Dental Laser and Diamond Drill on Dentin Tissue during Dental Restoration Based on Spectral Imaging and Multivariate Analysis of Synchrotron FTIR Microspectroscopy Data Photonics, Том 10, Выпуск 8, Номер статьи 881 (год публикации - 2023)
10.3390/photonics10080881

11. Середин Павел, Голощапов Дмитрий, Буйлов Никита, Кашкаров Владимир, Шихалиев Хидмет, Потапов Андрей, Ипполитов Юрий, Карцев Виктор, Куюмчян Сергей, де Оливейра Фрейтас Рауль A Study of the Peculiarities of the Formation of a Hybrid Interface Based on Polydopamine between Dental Tissues and Dental Composites, Using IR and Raman Microspectroscopy, at the Submicron Level International Journal of Molecular Sciences, Том 24, Выпуск 14, Номер статьи 11636 (год публикации - 2023)

Публикации