ИСТИНА

Фундаментальная проблема – разработка материаловедческих и инженерных основ создания макропористых композиционных имплантатов с заданной морфологической архитектурой, предназначенных для регенерации костной ткани. Разрабатываемый композитный материал – биоконструктор будет обладать резорбционными, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, создаваемыми в процессе синтеза, формования, 3D печати и in vitro экспериментов в SBF.

The fundamental problem - the development of materials science and engineering principles to create macroporous composite implants with predetermined morphological architecture, intended for bone regeneration. The developed composite material - bioconstructor will be resorbable, osteoconductive and osteoinductive, these properties will be the result of synthesis process, molding, 3D printing and in vitro experiments in SBF.

В результате будут получены следующие результаты: 1) Используя синтетические полученные порошки фосфатов кальция будут получены наполненные ими полимерные корды, предназначенные для трехмерной печати из них макропористых имплантатов сложной архитектуры; 2) Будет определены параметры технологии термоэкструзионной трехмерной печати наполненными полимерами, причем печать наполненными полимерами типа поликапролактона будет проведена впервые в России; 3) Предварительные in vitro тесты позволят ускорить процесс внедрения данных материалов. 4) Дополнительная обработка напечатанных моделей в растворах SBF позволит получить новое поколение макропористых биокомпозитов с модифицированной развитой поверхностью, с усиленными индукционными свойствами для поддержки белков. Аналогов таких материалов в мире настоящее время не существует 5) Созданные в рамках проекта оригинальные биокомпозиты с улучшенной остеоиндуктивностью будут будут подготовлены для экспериментов in vivo; полученные технологические параметры станут основой для дальнейшего продвижения и применения в условиях мегаполисов данной работы в направлении ОТР и сертификации материала в России. 6) Проведенные эксперименты позволят проследить взаимосвязь химического и фазового состава композитов – микроструктуры (размер и распределение частиц наполнителя); макроструктуры (архитектуры полимерного каркаса) – шероховатости и гидрофильности поверхности до/после модификации (как индикатор остеоиндуктивности).

Наиболее точное воспроизведение разработанной модели каркаса дают методы быстрого прототипирования. В предлагаемом проекте будет использована 3D- печать в термоэкструзионном варианте. Термоэкструзионная печать состоит в выдавливании полимерного корда через калиброванную нагреваемую фильеру и осаждении пикселя (х,у) в соответствии с послоевой разбивкой компьютерной модели. Планируется опробовать различные биодеградируемые термопластичные наполненные полимеры для печати: полилактид, полкапролактон. Основной смысл варьирования материала пластика – подбор скорости деградации и упругих свойств имплантата. Поликапролактон и полилактид по своим физико-химическим свойствам близки к синтетическим полимерам (полипропилену, полиэтилену), но обладают рядом уникальных свойств, включая биосовместимость, оптическую активность, антиоксидантные свойства, пьезоэлектрический эффект и, что самое главное, биодеградируемость [Антонова Л.В., Насонова М.В., Кудрявцева Ю.А., Головкин А.С.] Возможности использования полиоксиалканоатов и поликапролактона в качестве сополимерной основы для создания тканеинженерных конструкций в сердечно-сосудистой хирургии. Бюллетень сибирской медицины, № 1, 2012, 128-134]. Это делает их перспективными для тканевой инженерии. Однако, существенный их недостаток состоит в том, что эти полимеры относятся к гидрофобным соединениям и способны сорбировать воду только до 1,0%. Для уменьшения отрицательного влияния гидрофобности на модификацию поверхности, и дальнейшее прикрепление клеток в живом организме, можно использовать дополнительную обработку отпечатанной модели в растворах, позволяющих улучшить адгезию, а в дальнейшем и сорбцию белков, и гидрофобность, путем нанесение КГА модифицированием поверхности композиционной 3D структуры.

В соответствии с общим планом работ по проекту по получению модифицированных трехмерных биокомпозитов на основе полимер/фосфат кальция со сложной формой в течение первого года получены следующие научные результаты: 1) были синтезированы исходные α,β-трикальциевые фосфатные (ТКФ) порошки; 2) подготовлены гранулы полимеров , наполненных ТКФ; 3) произведено термоэкструзионное изготовление полимерной нити (корда), наполненной трикальциевым фосфатом ; 4) проведены эксперименты по трёхмерной печати полилактидом комплементарных деталей "Lego".