ИСТИНА

Быстрое и эффективное восстановление повреждений костной ткани – важнейшая задача современной ортопедии. Использование костных имплантатов является стандартным подходом при лечении травм, врожденных дефектов и заболеваний кости. Один из основных подходов при решении этой проблемы – создание биоискусственных аналогов костной ткани, являющихся биоактивным матриксом, позволяющим восстановиться собственной кости и разлагающимся по мере процесса восстановления. Основным компонентом кости являются минералы в виде нанокристаллов гидроксиапатита, находящиеся в ассоциации с волокнами коллагена. Конструкции из минерализованного фосфатом кальция фиброина шелка имитирует костную ткань как по своим физическим, так и по структурно-химическим свойствам и является прекрасным субстратом для роста и пролиферации остеогенных клеток. Объединение минерализованного фиброина с такими стимуляторами остеогенеза, как ВМР, позволят повысить регенераторный потенциал фиброина шелка до потенциала аутологичного костного материала. Объектом настоящего исследования являются изделия для ускорения заживления и регенерации костной ткани. В соответствии с Техническим заданием целью данных прикладных научных исследований и экспериментальных разработок является создание биоискусственных аналогов элементов децеллюляризированной костной ткани, обладающих остеоиндуктивной и остеокондуктивной активностью, пригодных для восстановления поврежденных или утраченных фрагментов костей различной формы (трубчатых, губчатых, плоских, смешанных) и анатомического положения, а также усиление остеоиндуктивной активности биоискусственных субстратов за счет регулируемого локального выброса факторов, модулирующих остеогенную активность.

В результате реализации проекта в целом будет создан набор медицинских изделий для регенерации костной ткани, в состав которого будут входить пористые скаффолды, выполненные в виде дисков и брусков, бислойные скаффолды в форме мата и микрочастицы для заполнения костного дефекта или полости, обладающие остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, биодеградируемая фиброиновая армированная пленка для фиксации отломков кости, скаффолдов и микрочастиц, а также паста из биодеградируемого микрогранулярного остеоиндуктивного биоматериала на основе бактериальных полиоксиалканоатов (ПОА), содержащего ростовой фактор BMP-2, обладающая способностью к пролонгированному высвобождению биоактивных веществ с заданной кинетикой, для модификации скаффолдов с целью улучшения их остеоиндуктивных свойств.

Научно-техническим заделом выполняемого проекта является разработанные методики, модельные системы, научно-техническая и конструкторская документация и результаты выполненных НИР и НИОКР в данной области, в том числе НИР "Биорезорбируемые композитные матриксы на основе регенерированного шелка", НИР "Трехмерные биорезорбируемые конструкции на основе фиброина шелка для долговременного культивирования эукариотических клеток"

Быстрое и эффективное восстановление повреждений костной ткани – важнейшая задача современной ортопедии. Использование костных имплантатов является стандартным подходом при лечении травм, врожденных дефектов и заболеваний кости. Костные имплантаты – это любые имплантируемые материалы, которые сами по себе или в комбинации с другими материалами способствуют формированию кости, обеспечивая локальную остеокондуктивную, остеоиндуктивную или остеогенную активность. Костные имплантаты используются для активизации репаративного остеогенеза при травмах, формировании артро- и спондилодеза, замещении костных дефектов после резекции опухолей. Согласно современным требованиям, предъявляемым к медицинским изделиям и препаратам, в частности, к остеопластическим препаратам и изделиям для регенеративной медицины, в идеальной ситуации они должны обладать следующими функциональными свойствами: - быть нетоксичны, неиммуногенны и биосовместимы с органами и тканями человека, не вызывать выраженной местной воспалительной реакции, - обладать физико-механическими характеристиками, оптимальными для временного замещения костной ткани, - быть способны к биодеградации в организме без образования токсичных продуктов и замещаться костной тканью в определенные заданные сроки, не изменять свои медико-технические свойства в процессе нежелательной кальцификации и/или биодеградации, - обладать остеокондуктивными свойствами, - обладать остеоиндуктивными свойствами, в т.ч. за счет контролируемого высвобождения биоактивных веществ, - не обладать цитотоксичностью и служить каркасом для прикрепления и роста клеток костной ткани, - быть стерильными и не провоцировать развитие инфекций, - сохранять функциональные свойства в течение предусмотренного срока эксплуатации, - быть удобным для эксплуатации и при клиническом использовании Основными задачами проекта были: 1. Создание на основе разработанных ранее методов прототипов медицинских изделий: - биорезорбируемые минерализованные пористые скаффолды; - биорезорбируемые минерализованные бислойные скаффолды; - биорезорбируемые минерализованных микрочастицы; - биодеградируемая полимерная фиксирующая пленка, армированная фиброиновыми нитями; - паста из биодеградируемого микрогранулярного остеоиндуктивного биоматериала на основе бактериальных полиоксиалканоатов (ПОА), содержащего ростовой фактор BMP-2. Пористые скаффолды были получены выщелачиванием раствора фиброина с использованием частиц хлорида натрия заданного размера. Бислойные скаффолды созданы путем формирования губчатой структуры на полимерной пленке. Микрочастицы на основе фиброина представляют собой фрагменты макроскаффолдов размером 50-400 мкм. Скаффолды и микрочастицы были минерализированы фосфатами кальция. Пленка изготовлена из водного раствора фиброина кастингом на гидрофобной инертной поверхности и армирована продольными и поперечными шелковыми хирургическими нитями. Для получения микрогранулярного остеоиндуктивного биоматериала на основе бактериальных полиоксиалканоатов (ПОА), содержащего ростовой фактор BMP-2, использованы оригинальные комбинированные методики на основе технологий одно-, двух- и многофазного эмульгирования и с использованием оригинальных методов и уникального оборудования: электродинамического мембранного распылительного высушивания. 2. Выполнено исследование структуры поверхности разрабатываемых прототипов медицинских изделий в водной среде и при дегидратации с применением современных микроскопических методов: сканирующая электронная микроскопия и конфокальная лазерная сканирующая микроскопия. 3. Исследованы особенности деструкции разрабатываемых прототипов медицинских изделий и исследованы их механические свойства: модуль Юнга, предел текучести и предельное удлинение. 4. Методом твердофазного иммуноферментного анализа (ТИФА) выполнено определение кинетики высвобождения ростового фактора BMP-2 из микрогранулярного остеоиндуктивного биоматериала. 5. Проведена оценка биологического действия разрабатываемых прототипов медицинских изделий будет осуществляться в соответствии с ГОСТ ISO 10993-11-2011. «Изделия медицинские. Часть 11. Исследовано общетоксическое действие». Определено влияние минерализации на адгезию, пролиферацию, жизнеспособность и скорость миграции клеток. Определена функциональная активность разрабатываемых прототипов медицинских изделий. В экспериментах in vitro и in vivo изучены остеоиндуктивная и остеокондуктивная активности разработанных экспериментальных образцов. Путем решения поставленных задач была достигнута цель проекта, сформулированная в Техническом задании ПНИЭР, а именно созданы биоискусственные аналоги элементов децеллюляризированной костной ткани, обладающие остеоиндуктивной и остеокондуктивной активностью, пригодные для восстановления поврежденных или утраченных фрагментов костей различной формы (трубчатых, губчатых, плоских, смешанных) и анатомического положения, а также усиления остеоиндуктивной активности биоискусственных субстратов за счет регулируемого локального выброса факторов, модулирующих остеогенную активность. Результаты проекта в период с 2015 по 2017 гг. были представлены на 3 мероприятиях по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки и опубликованы в 6 статьях, в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus и в базе данных "Сеть науки" (WEB of Science). По результатам работы было подано 3 заявки на патент, а также результаты 1 и 2 этапа проекта нашли отражение в диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Все сведения о выполнении указанных индикаторов и показателей представлены в соответствующих отчетных формах. Таким образом, в результате реализации проекта в целом создан набор медицинских изделий для регенерации костной ткани, в состав которого входят пористые скаффолды, выполненные в виде дисков и брусков, бислойные скаффолды в форме мата и микрочастицы для заполнения костного дефекта или полости, обладающие остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, биодеградируемая фиброиновая армированная пленка для фиксации отломков кости, скаффолдов и микрочастиц, а также паста из биодеградируемого микрогранулярного остеоиндуктивного биоматериала на основе бактериальных полиоксиалканоатов (ПОА), содержащего ростовой фактор BMP-2, обладающая способностью к пролонгированному высвобождению биоактивных веществ с заданной кинетикой, для модификации скаффолдов с целью улучшения их остеоиндуктивных свойств. Проведенные исследования механических свойств экспериментальных образцов показали, что экспериментальные образцы соответствуют пункту 4.2.3, 4.2.5 и 4.2.6 ТЗ в части требований к механическим свойствам. Также было показано, что полученные экспериментальные образцы стабильны как в нейтральных, так и в окисляющих условиях в экспериментальных системах in vitro, являются биосовместимыми: поддерживают адгезию, пролиферацию и жизнеспособность как иммортализованных, так и первичных культур клеток, участвующих в регенерации. Результаты проведнных исследований в экспериментах in vitro и in vivo демонстрируют высокий потенциал развития и доведения разработанных изделий для ускорения заживления и регенерации костной ткани до стадии клинического применения. Дальнейшее развитие разработки и возможная коммерциализация на данной стадии будут выполняться в том числе и при участии Индустриального партнера проекта. Поскольку проект направлен на разработку медицинских изделий, предназначенных для регенеративной медицины, результаты проекта могут быть востребованы государственными и коммерческими организациями, деятельность которых связана с продвижением на рынок инновационных высокотехнологичных изделий. К таким организациям, например, можно отнести ЗАО НПП «МедИнж» и Центр Высоких Технологий "ХимРар". Основные направления деятельности включают научные исследования, разработку, внедрение и продвижение инновационных медицинских изделий, эндопротезов и инплантатов для человека.