Geum.ru

Тезисы докладов

Вид материалаТезисы

Содержание


Полимерные тканеинженерные конструкции, полученные с помощью сверхкритических флюидных технологий
Лазерный синтез пористых тканево-инженерных конструкций для стволовых клеток из биорезистивных керамопластов
По результатам выполнения проекта в 2011 г. опубликованы следующие работы
Подобный материал:
1   ...   80   81   82   83   84   85   86   87   ...   96

ПОЛИМЕРНЫЕ ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ФЛЮИДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ДЛЯ ЗАМЕНЫ И РЕГЕНЕРАЦИИ БИОТКАНЕЙ

В.К.Попов1), Е.Н.Антонов1), С.А.Бочкова1), Л.И.Кротова1), И.К.Свиридова2), Н.С.Сергеева2)



1) Учреждение Российской академии наук Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, г. Троицк, Московской области

2) МНИОИ им. П.А.Герцена, Москва


Одним из основных критериев оптимизации физико-химических и биологических характеристик минерал-полимерных матриц, предназначенных для создания тканеинженерных конструкций (ТИК), наряду с минимальным уровнем цитотоксичности, высокой первичной клеточной адгезией, эффективностью поддержания пролиферации и дифференцировки клеток определенных типов, является корреляции скорости их ферментативной и/или гидролитической биодеградации либо биорезорбции со скоростью регенерации определенных типов ткани в месте имплантации.

В рамках выполненной работы проведено комплексное изучение процессов биорезорбции полимерных матриксов из аморфных поли(D,L)-лактидов марок Purasorb PDL-02, PDL-04, PDL-07 и полилактогликолидов с соотношениями лактидов и гликолидов 50:50 (марка PDLG50-02) и 75:25 марок PDLG75-02, PDLG75-04 и PDLG75-07 производства компании “Purac” (Голландия). Для определения молекулярной массы методом гель-проникающей хроматографии (ГПХ) исследуемые образцы после их выдержки в фосфатном буфере в течение от 1 до 18 недель при температуре 37 оС помещались в стеклянную виалу объемом 5 мл и растворялись тетрагидрофураном, который также являлся и элюэнтом. Хроматограммы регистрировались при комнатной температуре и скорости потока элюэнта 1 мл/мин. После регистрации хроматограммы проводилось сглаживание шумов с помощью метода Савицкого-Голея, коррекция базовой линии и вычисление молекулярной массы исследуемого образца. На основе совокупного анализа изменений молекулярно-массового распределения использованных алифатических полиэфиров при их гидролитической биодеградации in vitro в фосфатном буферном растворе методом ГПХ, а также результатов оценки биосовместимости и определения скоростей биорезорбции экспериментальных образцов in vivo на модели подкожной имплантации крысам линии Wistar было показано, что как с точки зрения биосовместимости, так и оптимальных скоростей биорезорбции наиболее подходящим материалом для полимерной основы пористых матриксов ТИК, предназначенных для репаративного замещения костных дефектов, является поли-лактогликолид марки Purasorb PDLG75-07.

Впервые методом микроскопии комбинационного рассеяния проведен анализ пространственного распределения биоактивных минеральных наполнителей (синтетических фосфатов кальция и мелкодисперсных натуральных кораллов) по объему полимерных матриксов. Он продемонстрировал высокую степень однородности структуры экспериментальных образцов пористых композитов, полученных низкотемпературным (35-40 оС) методом сверхкритической флюидной (СКФ) пластификации и последующего вспенивания алифатических полиэфиров в пресс-формах определенной геометрии.

Результаты проведенных исследований позволили сделать выбор оптимальных (как с точки зрения биосовместимости и биоактивности, так и требуемых скоростей биорезорбции) материалов для изготовления минерал-полимерных ТИК, содержащих синтетический нано-ГАП и мелодисперсные натуральные кораллы, а также мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, предназначенных для направленной регенерации костных тканей.


ЛАЗЕРНЫЙ СИНТЕЗ ПОРИСТЫХ ТКАНЕВО-ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК

ИЗ БИОРЕЗИСТИВНЫХ КЕРАМОПЛАСТОВ

И.В.Шишковский1), В.И.Щербаков1), С.Е.Волчков2), А.Н.Тороповский2), А.Е.Щербовских2), О.В.Тюмина2)



1)Самарский филиал Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н.Лебедева РАН, Самара;

2) Государственного бюджетное учреждение здравоохранения Самарской области «Клинический центр клеточных технологий»


В последнее время биорезорбируемые полимеры привлекают внимание в качестве основы для создания заменителей костной ткани (тканево-инженерных конструкций, или scaffold) и систем медленного дозирования лекарственных препаратов (Drug Delivery Systems – DDS). Основным преимуществом данных полимерных материалов является их способность постепенно растворяться в физиологических жидкостях организма по мере формирования новой ткани или высвобождения содержащихся внутри полимерной матрицы лекарственных препаратов. Метод послойного селективного лазерного спекания (СЛС) обладает неоспоримыми преимуществами при создании scaffolds и DDS.

Композиты – это многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической, углеродной, керамической или другой основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, микро- (нано-) дисперсных частиц и др. Если пористая структура инфильтруется живой тканью, она также может вести себя как композитный материал, но только если стык ткани и материала является достаточно прочным для передачи напряжений. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию и внутреннюю структуру наполнителя, можно предсказывать и управлять требуемым набором свойств изделий из таких материалов. В настоящем проекте было предложено создание методом СЛС scaffold из керамопластов, в которых в качестве полимерной матрицы был использован биоинертный поликарбонат или поэфирэфиркетон /PEEK/, а также биорезорбируемый – полилактид -/PLA/ плюс керамический наполнитель различной природы (Al2O3, ZrO2, гидроксиаппатит – ГАП), что значительно расширяет возможности регулирования свойств композиционных материалов. Нами за отчетный период:
  • Показана возможность СЛС чистого ПЕЕК на длине волны 10.6 мкм и с микронаполнителями (титан, керамика – Al2O3, ZrO2 или ГАП) на длине волны 1.06 мкм;
  • Определены оптимальные условия послойного лазерного спекания (мощность, скорость сканирования, размер пятна ЛИ) на установке КВАНТ-60 (длина волны 1.06 мкм) как отдельных монослоев, так и объемных изделий из биоинертного PEEK и биорезорбируемого PLA с указанными выше наполнителями в пропорциях 1:1, 2:1, что позволяет говорить о реальности создания тканево-инженерных 3D конструкций и систем доставки лекарств (scaffolds, bio-МЕМS – drug delivery systems) из этих материалов;
  • Методами рентгеноструктурного анализа показано, что при СЛС не происходит существенного изменения в составе исходных порошковых смесей, что принципиально важно для их последующих медицинских приложений. Сканирующая электронная микроскопия подтверждает, что полимерная матрица ПЕЕК удерживает биокерамику (ГАП), не наблюдается их разрушение и сохраняет при этом достаточное количество пор.
  • Синтезированные методом СЛС пористые 3D scaffolds из керамопластов были исследованы в ГБУЗ СО КЦКТ на мультипотентных мезенхимально-стромальных клетках (ММСК) человека. Проведено иммунофенотипирование, индукция дифференцировки в остеогенном, хондрогенном и адипогенном направлениях, оценка дифференцировки и пролиферативной активности. Определена токсичность путем сравнительного подсчета скорости их удвоения при морфометрировании клеток, а также оценкой способности клеток к миграции c использованием Time Lapse эксперимента.


По результатам выполнения проекта в 2011 г. опубликованы следующие работы:
  1. Шишковский И.В. Основы селективного лазерного спекания метал - полимерных композиций с нановключениями: парадигма создания MEMS. // Перспективные материалы, 2011, N 6 (принята к публикации).
  2. Шишковский И., Ю. Морозов, Л. Волова, С. Фокеев. Лазерный синтез и сравнительное тестирование трехмерного пористого матрикса из титана и никелида титана, как репозитария для стволовых клеток. // Порошковая металлургия, 2011. Vol. 50, 9/10 (принята к публикации)
  3. Shishkovsky I.V., Volchkov S.E., Tumina O. V. MMSSC chemotaxis near porous surface of biocompatible NiTi scaffolds, synthesized via SLS method. // MRS 2011 Fall Meeting, Symposium KK: Biomaterials for Tissue Regeneration, Boston, MA, USA, Nov. 28 - Dec. 2. 2011.
  4. Shishkovsky I.V. Functional design of porous drug delivery systems based on laser assisted manufactured nitinol. // MRS 2011 Fall Meeting, Symposium II: BioMEMS - Materials and Devices, Boston, MA, USA, Nov. 28 - Dec. 2. 2011.
  5. I. V. Shishkovskii, I.A. Yadroitsev and I.Yu. Smurov . Selective laser sintering/melting of nitinol–hydroxyapatite composite for medical applications.// Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2011. Vol. 50, 5/6. p. 275-283. DOI: 10.1007/s11106-011-9329-6
  6. Kuznetsov M.V., Shishkovsky I.V., Morozov Yu.G. 3D ceramic fabrication via selective laser sintering (SLS) and combined SLS—self-propagating high temperature synthesis (SHS). // XI International Symposium on Self-Propagating High Temperature Synthesis, 5 - 9 September 2011, Anavyssos, Attica, Greece, p. 360.
  7. Shishkovsky I.V., Kuznetsov M.V., Morozov Yu.G. Comparative microstructural analysis and histomorphological studies of tissue reactions to porous titanium and nitinol implants produced by SHS-SLS. // XI International Symposium on Self-Propagating High Temperature Synthesis, 5-9 September 2011, Anavyssos, Attica, Greece, p. 376.
  8. Shishkovsky I.V. Chemical and physical vapor deposition methods for nanocoatings. Book chapter in: A. S. Hamdy and I. Tiginyanu (Eds.), "Nanocoatings and Ultra Thin-Films", 414 p Woodhead Publishing Limited, Abington Cambridge, UK, on - line ISBN 978-1-84569-812-6, pp. 57-77.
  9. Шишковский И.В. Взаимосвязь лазерного дизайна – микроструктуры – свойств пористых 3D матриксов для клеточной инженерии и систем доставки лекарств. // Известия Самарского научного центра РАН, T .13. 2011. N 4. c .45-53.
  10. Shishkovsky I.V., Morozov. Y.G. Laser assisted fabrication of porous polymer MEMS with nano structured additives. // MRS Proceedings, Vol. 1312, 2011, p. 1-6. DOI: 10.1557/opl.2011.122