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 16-15-00176
НазваниеУстановление закономерностей остеоинтеграции медицинских имплантатов на основе аддитивного производства с биоактивным покрытием
РуководительПопков Арнольд Васильевич, Доктор медицинских наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова" Министерства здравоохранения Российской Федерации, Курганская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2016 г. - 2018 г. |
Конкурс№11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11).
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-703 - Аддитивные технологии в медицине
Ключевые словарепаративная регенерация, наноструктурированные и деградируемые имплантаты, комбинированный остеосинтез, аддитивные технологии производства имплантатов, регенеративная медицина
Код ГРНТИ76.29.46
СтатусЗакрыт досрочно
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проблема травматизма и заболеваний костно-мышечной системы представляет собой одну из приоритетных в здравоохранении вследствие высокого уровня инвалидности и смертности. Ежегодно в Российской Федерации свыше 13 миллионов человек получают травмы, среди которых 20-25% - с политравмой, летальность и стойкая потеря трудоспособности при которой достигает 30%. В Российской Федерации последствия травм среди причин первичной инвалидности, у граждан трудоспособного возраста выходят на первое место, имея при этом в последние годы тенденцию к устойчивому росту. Огромны масштабы заболеваемости костно-мышечной системы: среди детей ежегодно регистрируется 219 случаев с врожденными заболеваниями костно-мышечной системы (КМС) на 10000 новорожденных.
Одним из наиболее востребованных способов лечения переломов и посттравматических осложнений является остеосинтез – операция соединения отломков костей с помощью специальных накостных и внутрикостных имплантатов, выполненных из металлов, призванные замещать в живом организме утраченные естественные ткани.
По активности влияния на репаративный процесс все металлы, из которых производят современные имплантаты относятся к биотолерантным (нержавеющая сталь и кобальто-хромовые сплавы) или биоинертным (оксиды титана и алюминия) материалам. Биоактивных металлов, которые бы ускоряли репаративный остеогенез, современная медицина не знает. Это одна из причин, почему сроки консолидации переломов за последние 100 лет не изменились.
Из всех синтетических материалов, которые можно использовать для имплантации, наиболее перспективным является биоматериал на основе фосфатов кальция. Среди них гидроксиапатит не только биосовместим, но и наиболее биоактивен (особенно, если присутствует, как и в кости, в виде наноразмерных кристаллов). Однако основным недостатком такого имплантата является его хрупкость, поэтому предлагается создание новых композитных имплантатов для погружного остеосинтеза из биомеханически совместимых титановых сплавов, выполненных методом аддитивной технологии с последующим нанесением биоинспирированного покрытия из гидроксиапатита, что позволит, проведя фундаментальные исследования особенностей репаративной регенерации кости и остеоиндукции, создать принципиально новую математическую модель формирования костного матрикса на имплантате из ультрамелкозернистых низкомодульных биомеханически совместимых титановых сплавов. Формирование имплантата по 3D технологии обеспечит индивидуальную для больного размеры и форму замещающего участка кости, необходимое количество каналов, порозность и шероховатость, что исключит дегенеративные процессы в костной ткани, контактирующей с имплантатом, а градиентное по составу, структуре и морфологии кальций-фосфатное покрытие обеспечит активацию эндогенных стволовых клеток (мезенхимальных остеогенных клеток) и ускорение репаративных процессов. Таким образом новые имплантаты будут обладать близкими к кости механическими свойствами и высокой биоактивностью, что позволит сократить в несколько раз сроки остеосинтеза с гарантированным реабилитационным эффектом.
Ожидаемые результаты
Ожидаемые результаты и их значимость (указываются ожидаемые результаты и их научная и общественная значимость (оценка соответствия запланированных результатов мировому уровню исследований, возможность практического использования запланированных результатов проекта в экономике и социальной сфере, вклад в решение конкретных задач и ключевых проблем научного приоритета, указанного в заявке))
на русском языке
Фундаментальные научные исследования особенностей формирования костной ткани на биоактивной поверхности имплантата на тканевом, клеточном и субклеточном уровне позволят впервые сформулировать математическую модель репаративной регенерации, опираясь на объективные показатели плотности кости (денситометрия), оценки транспорта ГА с различной массой частиц субмикронных размеров и их концентрации на поверхности коллагеновой матрицы. Эти данные позволят сформулировать принципиально новый подход в лечении системных заболеваний скелета (несовершенный остеогенез, фосфат-диабет, болезнь Олье и др. остеодисплазии).
Будут разработаны промышленные технологии, когда кость замещающие материалы/изделия по результатам томографии изготавливаются селективным лазерным спеканием (СЛС) требуемой формы и с заданной архитектоникой.
Для увеличения биоактивности СЛС материала на их поверхность методом аэродинамического формования в турбулентном газовом потоке наносится полимерный композитный слой на основе биодеградирумого полимера и наночастиц гидроксиапатита (ГА) или других кальций-фосфатных соединений.
Аддитивные технологии производства имплантатов имеют следующие преимущества:
- обеспечивают оптимальную для интенсивного остеогенеза и остеоинтеграции пористость поверхности, параметры которой рекомендованы в работе B.M. Isaacson, S. Jeyapalina [Osseointegration: a review of the fundamentals for assuring cementless skeletal fixation. Orthopedic Research and reviews 2014:6. pp.55-65.];
- позволяют создавать имплантаты со сложной геометрией, позволяющей выполнить аналог дефектной кости любой формы и размера, обеспечить плотное прилегание и сохранение остеогенного содержимого интрамедуллярного канала кости;
- позволяют формировать внутри имплантата каналы произвольной формы для внутренней доставки лекарств и допускают формирование тонкостенных элементов;
- позволяют формировать резьбу с любым профилем и любым количеством ниток, в том числе с переменным диаметром и шагом;
- Создание имплантатов для погружного остеосинтеза из биологически совместимых титановых сплавов методом аддитивной технологии с последующим нанесением биоинспирированного покрытия позволит принципиально повысить эффективность лечения переломов и посттравматических осложнений при остеосинтезе и остеоинтеграции.
Таким образом возможно решение проблем внутреннего рынка медицинских изделий, проблем импортозамещения не просто в расширении производства аналогов, а в разработке в России имплантатов, которые бы не только соответствовали зарубежным аналогам по качеству исполнения, но имели преимущества в виде повышения биологической активно