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

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 22-23-00278

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

Руководитель Фадеева Инна Вилоровна, Кандидат химических наук

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

Конкурс №64 - Конкурс 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 слова поливинилпирролидон, 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Форысенкова, А.А.., Слукин, П.В., Трофимчук, Е.С., Давыдова, Г.А., Фадеева, И.В. Композиционные минерал-полимерные материалы, содержащие катион-замещенные фосфаты кальция Перспективные материалы, №7. С.35-48 (год публикации - 2022)

2. Фадеева И.В., Форысенкова А.А., Трофимчук Е.С., Гафуров М.Р., Ахмед И., Давыдова Г.А., Баринов С.М. Пористые матриксы на основе поливинилпирролидона, содержащие фосфаты кальция, для медицинских применений Известия академии наук. серия химическая, №3. С.543-548. (год публикации - 2022)

3. Дейнеко Д. В., Фадеева И. В., Боровикова Е. В., Джеваков П. B., Слукин П. В., Чжэн Ю., Ся Д., Лазоряк Б.И., Рау Д.В. Antimicrobial properties of co-doped tricalcium phosphates Ca3-2x(MˊMˊˊ)x(PO4)2 (M= Zn2+, Cu2+, Mn2+ and Sr2+) Ceramics International, V.48. P.29770-29781. (год публикации - 2022)
10.1016/j.ceramint.2022.06.237

4. Фадеева И. В., Дейнеко Д. В., Форsсенкова А. А., Морозов В. А., Ахмедова С. А., Кирсанова В. А., Свиридова И.К., Сергеева Н.С., Родионов С.А., Удянская И.Л., Антоняк И.В., Рау Д. В. Strontium Substituted β-Tricalcium Phosphate Ceramics: Physiochemical Properties and Cytocompatibility Molecules, V.27(18). P.6085. (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27186085

5. Рау Д. В., Фадеева И. В., Форысенкова А. А., Давыдова Г. А., Фоска М., Филиппов Я.Ю., Антоняк И.В., Антоняк А., Д'Арко А., Фабрицио М., Петрарка М., Лупи С., Ди Буккьянико М., Янкова В.Г., Путляев В.И., Кристеа М.Б. Strontium Substituted Tricalcium Phosphate Bone Cement: Short and Long‐Term Time‐Resolved Studies and In Vitro Properties Advanced Materials Interfaces, V.21. N9. P.2200803. (год публикации - 2022)
10.1002/admi.202200803

6. Фадеева И. В., Дейнеко Д. В., Барбаро К., Давыдова Г. A., Садовникова М. A., Мурзаханов Ф. Ф., Фомин А.С., Янкова В.Г., Антониак И.В., Баринов С.M., Лазоряк Б.И., Рау Д.В. Influence of Synthesis Conditions on Gadolinium-Substituted Tricalcium Phosphate Ceramics and Its Physicochemical, Biological, and Antibacterial Properties Nanomaterials, V.12(5). P.852. (год публикации - 2022)
10.3390/nano12050852

Публикации

1. Петрова А., Мамин Г., Гнездилов О., Фадеева И., Антонова О., Форисенкова А., ... Гафуров М. Magnetic Resonance-Based Analytical Tools to Study Polyvinylpyrrolidone–Hydroxyapatite Composites Polymers, Т. 15. №. 22. С. 4445. (год публикации - 2023)
10.3390/polym15224445

2. Давыдова Г.А., Форысенкова А.А., Фадеева И.В. Композиционные материалы на основе катион-замещенных фосфатов кальция Экспериментальная биофизика, 27 (год публикации - 2023)

3. Фадеева И., Форысенкова А., Волченкова В., Фомина А., Смирнова В., Баринов С. Поведение ионов-допантов при растворном синтезе замещенных фосфатов кальция Перспективные материалы, №. 6. С. 34-41. (год публикации - 2023)
10.30791/1028-978X-2023-6-34-41

4. Фадеева И.В., Форысенкова А.А., Фомин А.С., Михайлова А.Б., Андреева Н. А., Пенкина Т. Н., Антонова О. С., Баринов С. М. Состав и структура Mn, Sr-замещенного трикальцийфосфата, полученного методом твердофазного синтеза Неорганические материалы, том 59, № 7, с. 1–5. (год публикации - 2023)
10.31857/S0002337X23070047

5. Фадеева И.В., Дейнеко Д.В., Кнотько А.В., Ольхов А.А., Лукин П.В., Давыдова Г.А., ... Рау Дж.В. Antibacterial Composite Material Based on Polyhydroxybutyrate and Zn-Doped Brushite Cement Polymers, 15(9), 2106. (год публикации - 2023)
10.3390/polym15092106

6. Форысенкова А.А., Коновалова М.В., Фадеева И.В., Антонова О.С., Косарева О.Д., Слободская Т.К., ... Свирщевская Е.В. Polyvinylpyrrolidone–Alginate Film Barriers for Abdominal Surgery: Anti-Adhesion Effect in Murine Model Materials, Т. 16. №. 16. С. 5532 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16165532

7. Форысенкова А.А., Фадеева И.В., Дейнеко Д.В., Гостева А.Н., Макин Г.В., Шуртакова Д.В., ... Рау Дж.В. Polyvinylpyrrolidone—Alginate—Carbonate Hydroxyapatite Porous Composites for Dental Applications Materials, Т. 12, № 16, С. 4478 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16124478