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 20-79-10190
НазваниеРазработка научных основ создания биосовместимых керамико-металлических структур и исследование методов воздействия на них с целью стимулирования приживаемости в организме
Руководитель Шакуров Алексей Валерьевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова новые материалы и покрытия, методы создания материалов, биоактивные керамики, импланты, детонационное напыление, микродуговое оксидирование, лазерное облучение, криовоздействие
Код ГРНТИ29.19.16
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Для выполнения Стратегии НТР РФ в части перехода к высокотехнологичному здравоохранению необходимо проведение фундаментальных исследований в области создания и изучения свойств новых материалов, которые могут найти своё применение при создании имплантов для замещения дефектов костной ткани (травмы, первичные и метастатические онкологические поражения, стоматологические заболевания и т.д.). Несмотря на наличие большой номенклатуры биосовместимых материалов (углерод, биополимеры, биорезорбируемые композиции и т.д.) металлы (в первую очередь, титан и его сплавы) до сих пор рассматриваются в качестве основных для целого ряда медицинских изделий, в первую очередь, для крепежных систем и хирургических имплантатов. Одним из наиболее перспективных решений представляются различные комбинации металлических и неметаллических структур, поэтому в данном проекте в качестве подложек предполагается использовать титановые сплавы (ВТ-1, ВТ-6), на которые наносятся в определённой последовательности слои биокерамик. В качестве материала таких покрытий могут использоваться оксиды металлов c определённым фазовым составом (например, для подложки из титана – плёнки анатаза TiO2) и/или покрытия кальций-магний-фосфатных соединений на основе гидроксиапатита и трикальций фосфатов. Данные покрытия повышают остеоинтеграцию поверхности имплантата, обладают антибактериальным эффектом, а также способствуют профилактике формирования антибиотико-устойчивых бактериальных пленок. Методов нанесения таких покрытий достаточно много, но возникает проблема нерешенности вопроса наиболее оптимальных и подходящих режимов их нанесения, формирования их состава, следовательно, имеется целесообразность научного поиска в данном направлении. В проекте предлагается провести комплексное изучение процессов и разработку технологии получения моно- и бислойных плёнок биокерамик на основе наиболее перспективных для решения данного вопроса физических процессов: микродугового оксидирования и детонационного напыления. Данные физические процессы обладают рядом преимуществ перед другими методами формирования покрытия хирургических имплантатов. Микродуговое оксидирование доказано позволяет получать плёнки биосовместимого оксида – анатаза, а также позволяет развить рельеф поверхности, что благотворно влияет на остеоинтеграцию поверхности имплантата в организме реципиента. Детонационное напыление фосфатных биокерамик позволяет формировать на поверхности импланта достаточно значительное по толщине слоя (от 50 до 100 мкм) и высокоадгезионное покрытие, которое стимулирует остеогенез и биосовместимость поверхности. Несмотря на описанные в литературе исследования по применению микродугового оксидирования и детонации для нанесения биоактивных покрытий имеющиеся данные до сих пор носят достаточно фрагментарный характер и не позволяют в полной мере сформировать поверхность с наличием характеристик востребованных современной регенеративной медициной: повышенная остеоинтеграция, биосовместимость, повышенная гидрофильность поверхности, сформированная бактерицидность поверхности, возможность профилактики формирования антибиотико-устойчивых перипротезных бактериальных биологических пленок. Необходимы комплексные исследования процессов, включая установление связей между особенностями их протекания со свойствами покрытий (фазовый, химический состав, морфология поверхности и покрытия, гидрофильность поверхности, механические характеристики).Таким образом, первый блок задач будет включать получение новых данных о процессах формирования биосовместимых структур «фосфатное покрытие/TiO2/подложка» с помощью комплексной методики микродугового оксидирования с последующим детонационным напылением в широком диапазоне вариации параметров методов. Одновременно с чисто материаловедческим инженерным подходом к повышению биосовместимости и остеоинтеграции хирургических имплантатов известны и биохимические методы её стимуляции, основанные на регуляции гормонального фона, содержания биоактивных веществ (прежде всего, витамина Д), а также управления продукцией цитокинов (RANK ligand). Эти методы в настоящее время активно изучаются. С другой стороны, актуальным является определение влияния на биосовместимость и остеоинтеграцию хирургических имплантов широкого спектра физических методов модификации поверхности имплантата. В качестве базовых воздействий планируется оценка криовоздействия (гипотермического, стимулирующего и субдеструкционного характера), облучения лазером (ИК или УФ диапазонов), а также при выявлении необходимости других типов физических воздействий. В результате возможна разработка и доклиническая оценка целого комплекса процессов, влияющих на биологический ответ организма реципиента на хирургический имплант, используемый для коррекции патологии опорно-двигательной системы человека. Во-первых, это процессы, связанные с угнетением либо изменением характера местных иммунных реакций за счёт гипотермии. А, во-вторых, могут иметь место и чисто физико-химические изменения на границе «биологические жидкости-имплант», связанные с изменением смачиваемости его поверхности, изменением механических свойств поверхности и т.д. Другим способом воздействия на поверхность имплантируемых металлических крепежных систем является облучение лазером (ИК или УФ диапазонов) интересующей области с помощью лазерного зонда по оптоволокну. В этом случае возможна активация ряда фотофизических и фотохимических реакций, связанных со стимуляцией производства ферментов, микроциркуляции крови, интенсификации обменных процессов и т.д. Отдельным важным вопросом является изучение бактериостатического и антибактериального свойств лазерного (особенно УФ) излучения, что крайне важно в связи с ростом резистентности большинства микроорганизмов к антибиотикам. Решение поставленной в рамках данного проекта комплексной фундаментальной задачи позволит: повысить биосовместимость поверхности хирургических имплантатов, увеличить качество остеоинтеграции, повысить бактерицидность и снизить возможность развития перипротезных, антибиотикоустойчивых, бактериальных пленок.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ