ИСТИНА

Проект направлен на решение проблемы разработки физико-химических и инженерных основ создания композиционных материалов на основе слоистых алкилфосфатов кальция и полиэтиленгликоль-содержащих гидрогелей для регенерации костной ткани. Целью проекта является разработка композиционных материалов на основе наполненных алкилфосфатами кальция гидрогелей для их персонализированного использования при реконструкции костной ткани, обладающих а) достаточной эластичностью для плотного заполнения костного дефекта сложной формы и прочностными характеристиками, допускающими различные механические воздействия на материал в ходе предоперационной подготовки; б) архитектурой, обеспечивающей остеокондуктивность - прорастание костной ткани внутрь имплантата; в) управляемой скоростью деградации в среде организма. Каждый компонент предлагаемого композита играет определенную роль: гидрогелевая матрица отвечает за повышенную упругость материала, что позволит сжимать материал перед имплантацией и вводить в область дефекта через узкий входной канал. Алкилфосфаты кальция благодаря своей слоистой структуре позволят управлять набуханием и прочностными характеристиками. Помимо этого, алкилфосфаты кальция могут оказать существенное влияние на деградацию композита по аналогии с изоструктурным ОКФ. Макропористая структура композита обеспечит необходимые для прорастания костной ткани остеокондуктивные свойства, а также будет способствовать дополнительному повышению упругости. Практическая значимость исследования связана с изготовлением высококачественных остеокондуктивных имплантатов, в значительной степени отличающихся от современных аналогов, с приемлемыми прочностными характеристиками, эластичными свойствами, способностью к набуханию и управляемой деградацией в среде организма, которые потенциально могут использоваться для восстановления обширных участков костной ткани.

The project aims to solve the problem of developing physicochemical and engineering foundations for creating composite materials based on layered calcium alkyl phosphates and polyethylene glycol-containing hydrogels for bone tissue regeneration. The scope of the project is to develop composite materials based on PEGDA-hydrogels filled with calcium alkyl phosphates for their personalized use in bone tissue reconstruction, which have a) sufficient elasticity to densely fill a complex bone defect and strength characteristics that allow various mechanical effects on the material during preoperative preparation; b) architecture that provides osteoconductivity - the ingrowth of bone tissue inside the implant; c) controlled rate of degradation in the body environment, which facilitate a regenerative approach for bone tissue treatment. Each component of the proposed composite plays a certain role: the hydrogel matrix is responsible for the increased elasticity of the material, which will allow compressing the material before implantation and insertion it into the defect area through a narrow inlet channel. Due to its layered structure, calcium alkyl phosphates will allow controlling swelling and strength characteristics. Besides, calcium alkyl phosphates can have a significant effect on the degradation of the composite by analogy with isostructural OCP. The macroporous structure of the composite will provide the osteoconductive properties necessary for bone ingrowth, and will also contribute to an additional increase in elasticity. The practical significance of the study is associated with the fabrication of high-quality osteoconductive implants, significantly different from modern analogues, with satisfactory strength characteristics, elastic properties, swelling ability, and tunable degradation in the body, which can potentially be used to restore large areas of bone tissue.

Задача создания макропористых композитов на основе ПЭГ-содержащих гидрогелей и алкилфосфатов кальция для использования в качестве персонализированных костных имплантатов ставится впервые. Идея предлагаемого в проекте состава композита диктуется человеческой природой. Каждый компонент предлагаемого композита играет определенную роль: гидрогелевая матрица отвечает за повышенную упругость материала, что позволит сжимать материал перед имплантацией и вводить в область дефекта через узкий входной канал (рис. 5). Алкилфосфаты кальция благодаря своей слоистой структуре позволят управлять набуханием и прочностными характеристиками. Помимо этого, алкилфосфаты кальция могут оказать существенное влияние на деградацию композита по аналогии с изоструктурным ОКФ. Макропористая структура композита обеспечит необходимые для прорастания костной ткани остеокондуктивные свойства, а также будет способствовать дополнительному повышению упругости. Использование современных методов медицинской диагностики (компьютерная томография, магнитно-резонансная томография) позволит воссоздавать 3D модель дефекта костной ткани конкретного пациента, которая впоследствии будет топологически оптимизирована для придания имплантату остеокондуктивных и высокоэластичных свойств. Практическая значимость исследования связана с изготовлением высококачественных остеокондуктивных имплантатов с приемлемыми прочностными характеристиками, эластичными свойствами, способностью к набуханию и управляемой деградацией в среде организма, которые потенциально могут использоваться для восстановления обширных участков костной ткани. По окончанию проекта ожидаются следующие результаты: 1. Будут синтезированы алкилфосфаты кальция с различной длиной алкильной цепи и проведена их характеризация; будут изучены особенности наполнения гидрогелей алкилфосфатами кальция, в частности, однородность и пористость гидрогелевых матриц, однородность распределения наполнителя в объеме композита. 2. Будет определен оптимальный состав фотосуспензии для точного воспроизведения цифровых моделей макропористых имплантатов и их биосовместимости. Методом стереолитографической 3D печати будут получены макропористые композиты со структурой гироида, перспективной с точки зрения остеокондуктивных свойств и повышенной упругости. 3. Будут изучены свойства набухания и деградации композитов в зависимости от длины алкильной цепи наполнителя, а также состава исходной фотосуспензии. 4. Будут определены вязкоупругие характеристики (упругий и вязкий модули сдвига, угол потерь), модуль Юнга и предел прочности на сжатие композитов в зависимости от длины алкильной цепи наполнителя. 5. Будут изучены цитотоксичность композитов, адгезия и пролиферация клеток на поверхности как плотных, так и макропористых гидрогелей.