КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 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

РуководительСередин Павел Владимирович, Доктор физико-математических наук

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

Года выполнения при поддержке РНФ 2021 - 2023 

КонкурсКонкурс 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 слованативная 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.

Ожидаемые результаты
С учётом междисциплинарного характера Проекта мы ожидаем получить прецизионные и комплексные данные об основах технологии создания и фундаментальных характеристиках нового класса стоматологических биомиметических материалов, обладающих высокой тропностью к нативным твердым тканям зубов человека. А именно: 1. Будет разработана технология синтеза биомиметических материалов, на основе нанокристаллического карбонат-замещенного гидроксиапатита, полученного из биогенного источника кальция и комплекса основных полярных аминокислот, соответствующих органоминеральному комплексу зубов человека. 2. Будет воспроизведен органоминеральный состав зубов с характеристическим соотношением минеральных и органических компонент, характерных для эмали/дентина, воспроизведена морфология и структура (в т.ч. на нано уровне) нативных тканей и получены данные о типе взаимодействия между органической и минеральной составляющей в естественных тканях зубов человека. 3. Впервые будут получены биомиметические композиты нового класса, способные образовывать устойчивую функциональную связь с твердой тканью зуба человека, с различным составом и иерархией компонент, а также определено органоминеральное взаимодействие на границе биомиметическая система/естественная твердая ткань в зависимости от условий формирования биомиметической системы. 4. Будут получены данные об эффектах активации и гомогенизации органической матрицы биомиметических систем с использованием микроволнового и ультразвукового воздействия. Уточнены направления преимущественного роста и распределение гомогенной минеральной составляющей в органической матрице. 5. Установлены и систематизированы данные о влиянии постоянного и импульсного электростатического, магнитного и электромагнитного полей на этапе синтеза биокомпозитов, на создание анизотропии в их структуре, свойственной биогенным тканям, а также установлено влияние этих воздействий на качество интеграции биомиметичсекого материала с естественной твердой тканью зуба. 6. Получены данные о фазовом составе и структуре, морфологии, оптических и биомеханических свойствах созданных биомиметических материалов, характере их организации, процессах и типе взаимодействия гидроксиапатит/органическая матрица, что в свою очередь расширит имеющиеся представления о принципах формирования биомиметических материалов. 7. Установлено биомиметическое соответствие между разработанными биокомпозитными материалами и анатомической основой зуба 8. Будет получена совокупность структурных и спектроскопических данных о типе и характере органоминерального взаимодействия на границе биомиметическая система/естественная твердая ткань, а также установлены взаимосвязи между наблюдаемым взаимодействием и фундаментальными свойствами биомиметического композита в зависимости от условий формирования системы и её обработки. 9. Впервые создана модельная среда для изучения устойчивости разработанных биомиметических материалов к воздействию естественных процессов деминералиации/реминерализации, протекающих в ротовой полости человека. В результате будет определена стабильность предложенной биомиметической системы 10. Проведена апробация разработанных биомиметических систем с использованием современных стоматологических методов фиксации биокомпозитов на поверхности эмали/дентина с применением светоотверждаемого бондинга и уставновлено влияние иерархии созданного биомиметического материала на биомеханические свойства воспроизводимой твердой ткани зуба и тропность к нативным тканям зубов. Экспериментально установлено влияние предварительных методов активации и обработки биокомпозитов на степень тропности материала к естественным тканям зуба человека. 11. Будут подготовлены и опубликованы не менее 10 статей в журналах мирового уровня, в том числе 5 из перечня журналов первого/второго квартилей Q1/Q2, а также направлены заявки на получение патентов. Научная значимость решения проблемы заключается в экспериментальном установлении влияния иерархии синтезированного материала на уровень биомиметического соответствия между биокомпозитом и анатомической основой зуба, а также его тропности к нативным тканям. Запланированные результаты позволят внести весомый вклад в решение основной проблемы данной области науки, имеющей не только фундаментальный, но и прикладной характер и находящиеся на стыке физики конденсированного состояния, биоматериаловедения, фундаментальной медицины (стоматологии), вычислительной математики, физики и химии, а также имеют большой инновационный и коммерческий потенциал для импортозамещения в сегменте материалов для терапевтической/реставрационной/регенеративной стоматологии. Полученные в ходе решения данной задачи научные результаты будут использованы при разработке мероприятий по оказанию эффективной стоматологической помощи населению и имеют высокий потенциал коммерциализации. В настоящий момент уже заинтересованными в результатах Проекта являются компании, занимающиеся разработкой и производством материалов для стоматологии: ВладМиВа (Белгород/Москва), Радуга (Воронеж) итд. Оптимальным путем по доведению результата научно-исследовательской работы до конечного потребителя является его продвижение, а также апробация в медицинских учреждениях Российской Федерации (медицинские университеты, академии, НИИ) в которых будут разработаны основные подходы, практические методики и указания для практикующих врачей-стоматологов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ