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 23-13-00329

НазваниеГибридные поверхности с антирезорбтивным и противоопухолевым действием

РуководительМашталяр Дмитрий Валерьевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук, Приморский край

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2025 г.

Конкурс№80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности

Ключевые словаБиоактивные материалы, противоопухолевые вещества, бисфосфанаты, гидроксиапатит, биорезорбируемые имплантаты, остеорегенерация, остеоинтеграция, магний, титан, плазменное электролитическое оксидирование

Код ГРНТИ76.09.35

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Представленный проект направлен на решение комплексной задачи, связанной с лечением заболеваний опорно-двигательной системы человека. На сегодняшний день затраты на реабилитацию пациентов с различными видами переломов составляют значительную часть бюджета, выделяемого на здравоохранение в развитых странах. Это обусловлено целым рядом причин, которые включают в себя не только возрастающий уровень травматизации, обусловленный повышением техногенных рисков, но и постепенное увеличение числа пожилых людей, нуждающихся в замене суставов, а также такими болезнями, как остеопороз. В данный момент основным способом решения вышеперечисленных проблем является применение имплантатов, обладающих функциональными характеристиками костной ткани. Однако использование имплантатов связанно со значительным количеством рисков, таких как вероятность их отторжения и низкая приживаемость, долгий срок реабилитации и необходимость повторной операции для извлечения имплантата. В данном исследовании предполагается комплексный междисциплинарный (на стыке медицины, материаловедения и химии) подход решения описываемых проблем путем модификации поверхности металлов и сплавов, имеющих значительные перспективы или уже применяемых в имплантационной хирургии. В таком случае будут сохраняться полезные объемные свойства материалов. Более того, формируемые покрытия будут обладать высокими защитными свойствами (коррозионной стойкостью и износостойкостью). Впервые предполагается одновременное применение не только метода плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) с целью создания биосовместимых и биоактивных поверхностей на биоинертных титановых и биорезорбируемых магниевых сплавах, но также и внедрение в состав покрытий антирезорбтивных препаратов. С целью ускорения консолидации как патологических, так и травматических переломов, в пористые гидрофильные ПЭО-слои будут импрегнированы препараты из класса бисфосфонатов, ингибирующие остеокласты и повышающие активность остеобластов, а также обладающие протитивоопухолевым эффектом в отношении остеосаркомы. Дополнительно отметим, что применяемая в проекте технология формирования поверхностных слоев дает возможность получать структуры, обладающие развитой системой пор, которые планируется применять не только в качестве контейнеров, обеспечивающих постепенный релиз и адресную доставку лекарственных препаратов, но и в качестве способа повышения адгезии клеток и их пролиферации. Таким образом, на поверхности титановых и магниевых имплантатов будут синтезированы уникальные композиционные покрытия, обладающие высокой остеоиндуктивностью, антирезорбтивным, протитивоопухолевым эффектом в отношении остеосаркомы. Будет научно обоснована взаимосвязь морфологии, структуры, состава и биоактивности данных покрытий. Будет изучены и объяснены механизмы остеогенерации, остеоиндуктивного действия гибридных покрытий, влияние состава на их свойства. Проект предполагает исследование полученных материалов не только традиционными биологическими и медицинскими методами, но также и новейшими физико-химическими и материаловедческими способами. Такое сочетание позволит не только синтезировать композиционные слои, но и всесторонне их исследовать. Предлагаемое исследование имеет высокую научную фундаментальную значимость, а также способно решить масштабную проблему, связанную с ускорением консолидации патологических и травматических переломов, повышения качества жизни пациентов и здоровья населения, и направлено на решение важнейшей комплексной задачи. При этом данный проект по степени оригинальности и новизне используемых приемов, методов и материалов не имеет ни отечественных, ни зарубежных аналогов.

Ожидаемые результаты
В ходе реализации представленного проекта планируется разработка способов создания на биоинертных титановых и биорезорбируемых магниевых имплантатах биоактивных/биосовместимых гибридных покрытий, сочетающих в себе целый спектр необходимых свойств, таких как повышенная остеоинтеграция и остеогенерация, высокая коррозионная стойкость и износостойкость, а также высокая смачиваемость. Это совершенно новый этап развития медицинской инженерии, так как разрабатываемые биоактивные покрытия представляют собой инновационный продукт – искусственные активаторы остеогенеза, синтеза матрикса костной ткани с биоактивной составляющей для ее регенерации, при этом оказывающие противоопухолевое действие, ингибирующие резорбцию костной ткани и способные положительным образом влиять на адгезию клеток и их пролиферацию. Развитая структура покрытий позволит не только повысить контакт между имплантатом и костной тканью, но и использовать поры покрытия в качестве контейнеров, позволяющих дозировано и таргетно доставлять лекарственные препараты, повышающие остеоинтеграцию и ускоряющие консолидацию как патологических, так и травматических переломов. Разработка таких поверхностных структур, которые при этом не изменяют, но дополняют положительные объемные свойства титановых и магниевых имплантатов (способность к биорезорбции в случае магния и его сплавов, близкие к костной ткани человека механические характеристики), представляется важным этапом, как в развитии фундаментальной и практической медицинской науки, так и материаловедения. Несомненно, создание подобных покрытий возможно только при всестороннем изучении процессов модификации поверхности, позволяющей придавать ей биоактивные свойства, во взаимосвязи со структурой, морфологией, электрохимическими, гидрофильными и механическими свойствами формируемых слоев. Решение поставленной задачи позволит существенно расширить теоретические представления о возможностях модификации поверхности с использованием метода плазменной электролитической обработки с применением биологически активных веществ, а также впервые установить влияние получаемых композиционных покрытий, их морфологии, состава и структуры на свойства остеоинтеграции и остеогенерации, процесс переноса заряда на границе раздела исследуемое покрытие / электролит, противоопухолевые и антифрикционные свойства, смачиваемость поверхности. Полученные в ходе осуществления проекта данные дадут возможность не только изучить механизм взаимодействия биоактивных поверхностей с живым организмом, но и за счет композиционной природы синтезируемых структур осуществить постепенный релиз препарата из гибридного покрытия, определить необходимые концентрации, позволяющие добиться остеоиндуктивного и противоопухолевого эффекта. В этом случае успешный результат проекта — это показатель нового конкурентоспособного уровня биотехнологий и биомедицины в нашей стране, важность развития которых для российской экономики трудно переоценить. Модернизация технологической базы современного промышленного производства невозможна без массового внедрения новых материалов. Это стратегически важная позиция государства в наращивании потенциала страны через экономический сектор здравоохранения. Представленный проект способен решить целый ряд комплексных проблем, связанных с болезнями опорно-двигательного аппарата, является первым этапом на пути к проведению клинических испытаний и дальнейшего внедрения имплантатов нового поколения в массовое производство. Высокий уровень биотехнологий – это качественное здоровье людей и один из ключевых факторов положительной экономики государства.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---