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 22-23-00278

НазваниеПористые композиционные материалы на основе биорезорбируемых биосовместимых полимеров медицинского назначения, содержащих фосфаты кальция, для регенеративной медицины

РуководительФадеева Инна Вилоровна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук, г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2022 - 2023 

КонкурсКонкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые словаполивинилпирролидон, метилцеллюлоза, альгинат, двойной замещенный трикальцийфосфат, биорезорбируемость, антибактериальная активность, пористые матриксы, регенеративная медицина

Код ГРНТИ81.09.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Постановка подобной комплексной работы предлагается впервые – от синтеза фосфатов кальция до in vivo исследований, – что позволит оценить перспективу использования полученных материалов для лечения пациентов с обширными дефектами мягких и костных тканей и восстановления поврежденных тканей. Проект направлен на решение актуальной задачи – разработку новых биосовместимых биорезорбируемых пористых матриксов для лечения поврежденных мягких и костных тканей. Актуальность исследований в области биорезорбируемых композиционных минерал-полимерных матриксов с контролируемой скоростью резорбции связана с ежегодно возрастающей потребностью медицины в новых материалах, предназначенных для регенерации дефектов костных и мягких тканей, сформировавшихся в результате травм и обширных операций, включая онкологические операции. Постановка подобной комплексной работы предлагается впервые – от синтеза фосфатов кальция до in vivo исследований, – что позволит оценить перспективу использования полученных материалов для восстановления поврежденных тканей при лечении пациентов с обширными дефектами мягких и костных тканей. Новизна тематики состоит в том, что впервые будут разработаны пористые матриксы из композиционных минерал-полимерных материалов на основе биосовместимых полимеров (метилцеллюлоза (МЦ) и ее производные, альгинат натрия (АЛГ), поливинилпирролидон (ПВП) и их смесей) с диспергированными в матрице полимера двойными замещенными трикальцийфосфатами (ТКФ). Для создания матриксов предполагается использовать экструзионную 3D-печать. Пористость будет варьировать в пределах 60‒90%, а размер пор – от нанопор (10‒50 нм) до макропор (50‒200 мкм). Полученные матриксы будут резорбироваться в жидкостях организма с выделением ионов кальция и фосфат-ионов, ионов стронция, антибактериальных ионов меди, цинка, марганца (+2), железа (+3), висмута кобальта, лантаноидов, а также нетоксичных продуктов деструкции полимеров. Ионы кальция и фосфат-ионы будут служить депо для создания новой костной ткани, а ионы с антибактериальными свойствами обеспечат защиту окружающих тканей от болезнетворной микрофлоры. Полимерная матрица обеспечит матриксам эластичность, нано- и микропоры в матриксе будут способствовать адгезии на поверхности матрикса протеинов, клеток остеобластов, а макропоры будут способствовать прорастанию в матрикс сосудов и способствовать улучшению резорбции матрикса в жидкостях организма. Для улучшения матриксных свойств поверхности впервые будет применена лазерная обработка поверхности. Впервые будут синтезированы двойные замещенные фосфаты кальция (включающие одновременно ионы стронция и железа (3+) (или один из ионов - меди, марганца, цинка, висмута, кобальта, лантаноидов) с использованием метода механохимической активации, а также твердофазного синтеза. Проведение замещения катиона кальция одновременно на два иона позволит придать материалу как антибактериальные свойства (за счет введения в ТКФ ионов меди, цинка, марганца, железа (3+), висмута, кобальта, лантаноидов), так и улучшить клеточную пролиферацию на поверхности матриксов за счет введения в ТКФ ионов стронция. Подходы, разработанные для создания материалов в рамках данного проекта, будут применимы для производства биосовместимых резорбируемых матриксов, востребованных в регенеративной медицине. Материалы, разработанные в процессе выполнения проекта, могут также использоваться курсах медицинского материаловедения в средних технических и высших учебных заведениях.

Ожидаемые результаты
1. Будет установлено влияние скорости и времени вращения планетарной мельницы, природы катиона-заместителя, температуры термообработки на синтез двойных катион-замещенных ТКФ (где один из катионов – стронций, а второй катион – медь, цинк, марганец, железо, висмут, кобальт, лантаноиды), и концентрация ионов-заместителей варьирует в пределах 1–5 % масс. 2. Будут исследованы двойные замещения ионов кальция в ТКФ одновременно ионами стронция и ионами с антибактериальлными свойствами (меди, цинка, марганца (+2), железа (+3), висмута кобальта, лантаноидов) с применением современных методов исследования – ЭПР, ЯМР и Мессбауэровской спектроскопии, а также РФА, ИК спектроскопии. 3. Будет изучено влияние катионов-заместителей и их количества на параметры твердофазного и гетерофазного синтезов: скорость оборотов и время активации в планетарной мельнице, время и температура термообработки. 4. Будет изучено влияние вида и количества катионов-заместителей на процесс высокотемпературного синтеза: температуру и длительность обжига, необходимость изотермических выдержек, на морфологию и микроструктуру керамических порошков из двойных замещенных фосфатов кальция. 5. Будет исследовано влияние параметров синтеза композиционных материалов на основе полимеров (ПВП, МЦ и ее производные, АЛГ и смеси этих полимеров) с двойными замещенными ТКФ (содержащие одновременно ионы стронция и ионы с антибактериальлными свойствами (меди, цинка, марганца (+2), железа (+3), висмута кобальта, лантаноидов) и керамическими гранулами из вышеперечисленных двойных замещенных ТКФ на микроструктуру композиционных минерал-полимерных материалов. 6. Будут изучены механические характеристики пленочных (2D) материалов, полученных из различных биоразлагаемых полимеров, установлено влияние количества и размеров керамических частиц двойных замещенных ТКФ на прочностные характеристики этих материалов. 7. Будет изучено влияние модификации поверхности минерал-полимерных пленок с помощью лазерного излучения на их матриксные свойства. 8. Будет изучено влияние параметров 3D печати на структуру полимерных и композиционных материалов, пористость и размер пор, скорость их растворения в жидкостях, моделирующих жидкости организма. 9. Будет изучено влияние гамма-облучения на частичное сшивание и скорость растворения полимеров (ПВП, МЦ и ее производные, АЛГ и смеси этих полимеров) без ТКФ и с содержанием ТКФ в жидкостях, моделирующих жидкости организма (физиологический раствор, раствор Рингера). 10. Будет изучена резорбция композиционных материалов из полимеров с двойными замещенными ТКФ в различных модельных жидкостях (физиологический раствор, раствор Рингера). 11. Будет изучена антибактериальная активность композитов из полимеров (ПВП, МЦ и ее производные, АЛГ и смеси этих полимеров) с ТКФ по отношению к штаммам патогенных бактерий (P. aeruginosa, S. aureus, E. Coli и C. albicans). 12. Будут проведены in vitro исследования (на фибробластах человека и стволовых клетках) пленочных композиционных материалов из полимеров (ПВП, МЦ и ее производные, АЛГ и смеси этих полимеров) с ТКФ. 13. Подобные исследования будут проведены впервые и позволят внести вклад в развитие отечественного медицинского материаловедения. Полученные результаты будут патентоспособными: в результате выполнения работ по данному проекту планируется получить не менее 3 патентов на изобретения. По результатам выполнения работ по проекту через 3 года планируется защитить 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических/химических наук и одну докторскую диссертацию.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ