ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы создания нового поколения синтетических пористых матриксов на основе резорбируемых биосовместимых фосфатов кальция для использования в регенеративной медицине для восстановления утраченной или поврежденной костной ткани, в качестве субстратов для культивирования и дифференцировки клеток, в качестве носителей лекарственных средств. При создании керамических материалов для костных имплантатов, способных с достаточной надежностью обеспечивать биологическую интеграцию с костной тканью, актуальным является поиск новых формулировок фазового состава таких материалов, совершенствование их микроструктуры, создание новых архитектурных типов макропористой структуры, разработка подходов к созданию материалов с заданной шероховатостью поверхности макропор материала, исследование материалов в модельных экспериментах in vitro и in vivo. Цель настоящего Проекта состоит в разработке физико-химических основ получения новых керамических биосовместимых резорбируемых пористых материалов в системе СаО-Р2О5 с использованием аддитивных технологий для развития регенеративных методов лечения дефектов костной ткани. Проект направлен на решение конкретной задачи создания керамических материалов на основе фосфатов кальция из синтетических порошков с использованием стереолитографической печати в качестве метода формования керамического изделия или образца, которые могут быть использованы как сами по себе, так и в качестве резорбируемой основы конструкций тканевой инженерии для восстановления дефектов костной ткани. Основное внимание будет уделено разработке подходов, позволяющих: - повысить латеральное разрешение стереолитографической печати пористых керамических изделий с заданной архитектурой порового пространства; - достичь заданного фазового состава материала, обеспечивающего способность керамической матрицы к резорбции и поддержанию пролиферации и остеогенеза костных клеток; - добиться получения ультразернистой микроструктуры керамического материала; - подтвердить эффективность создаваемых биосовместимых резорбируемых кальцийфосфатных пористых материалов в обеспечении остеогенеза и процессов регенерации костной ткани. Таким образом, при создании керамического изделия со специальной архитектурой порового пространства, сформованного с использованием стереолитографической печати, следует выделить (1) материаловедческий аспект, подтверждающий принцип наследования керамическим материалом свойств порошка-прекурсора; (2) аспект конструирования и создания архитектурно сложных макропористых поликристаллических структур из порошка (материала в раздробленном состоянии); (3) медико-биологический аспект взаимодействия клеточных культур и кальцийфосфатного пористого керамического материала в модельных экспериментах in vivo и in vitro. Высокодисперсные порошки фосфатов кальция c высокой однородностью распределения неорганических и органических компонентов (перкурсоров углерода) для получения керамических композиционных материалов в широком диапазоне соотношений Са/Р (0,5<Са/Р<1,5) и для создания остеокондуктивной резорбируемой керамики с использованием стереолитографической печати высокого (латерального) разрешения будут использованы впервые. При выполнении Проекта будут разработаны новые методики получения окрашенных углеродом порошков фосфатов кальция из оксикарбоксилатфосфатов кальция, а также из продуктов взаимодействия оксикарбоксилатов кальция с фосфорными кислотами и фосфатов кальция с оксикарбоновыми кислотами. При выполнении Проекта будут полученные новые знания об особенностях физико-химических процессов, протекающих при нагревании прекерамических композитов «полимер/неорганический порошок» из целенаправленно синтезированных порошков с заданными свойствами (фазовый и химический состав, дисперсность, окраска, высокая однородность распределения компонентов). Получение окрашенных в черный цвет (т.е. модифицированных углеродом) порошков фосфатов кальция из оксикарбоксилатфосфатов кальция, а также из продуктов взаимодействия оксикарбоксилатов кальция с фосфорными кислотами и фосфатов кальция с оксикарбоновыми кислотами будет осуществлено впервые. Повышение разрешения стереолитографической печати прекерамического полуфабриката за счет использования синтетических окрашенных порошков фосфатов кальция с высокой однородностью распределения углерода, снижающего латеральное рассеивание УФ света при печати, ранее не проводилось. Следует отметить, что введение углерода в состав кальцийфосфатного порошка является многоцелевым технологическим приемом, который позволит повысить качество печати, будет служить регулятором при формировании ультразернистрой микроструктуры керамики, а для ряда фазовых композиций (содержащих расплав) будет являться источником газовой фазы, обеспечивающей формирование микропористой поверхности макропор в пористом материале. Медико-биологические исследования позволят установить взаимосвязь микроструктуры, фазового состава и архитектуры новых пористых кальцийфосфатных матриксов и таких важнейших для их практического использования в регенеративной медицине свойств, как биосовместимость, остеокондуктивность и остеиндуктивность.

The Project is aimed at solving the fundamental problem of creating a new generation of synthetic porous matrixes based on resorbed biocompatible calcium phosphates for use in regenerative medicine to restore lost or damaged bone tissue, as substrates for cell cultivation and differentiation, as drug carriers. When creating ceramic materials for bone implants capable with sufficient reliability to ensure biological integration with the bone tissue, it is important to search for new formulations of the phase composition of such materials, to improve their microstructure, to create new architectural types of macroporous structure, to development of approaches of creation of materials with a predetermined surface roughness of the macropores surface of the material, to study materials in model experiments in vivo and in vitro. The purpose of this Project is to develop the physico-chemical basis for the production of new ceramic biocompatible resorbable porous materials in the CaO-P2O5 system using additive technologies for the development of regenerative methods of treatment of bone defects. The Project is aimed at solving the specific problem of creating ceramic materials based on calcium phosphates from synthetic powders using stereolithographic printing as a method of molding of ceramic item or sample that can be used as it is or as a resorbable skeleton of tissue engineering constructions for the restoration of bone tissue defects. The main attention will be paid to the development of approaches that allow: - to increase the lateral resolution of stereolithographic printing of porous ceramic articles with a given architecture of pore space; - to achieve a given phase composition of the material, providing the ability of the ceramic matrix to be resorbable and to maintain proliferation and osteogenesis of bone cells; - to achieve the production of ultra-fine grained microstructure of ceramic material; - to confirm the effectiveness of created biocompatible resorbable calcium phosphate porous materials in providing of osteogenesis and bone regeneration processes. Thus, when creating a ceramic item with a special architecture of pore space formed using stereolithographic printing, it is necessary to distinguish (1) the material science aspect confirming the principle of inheritance of the properties from the precursor powder to the ceramic material; (2) the aspect of designing and creating architecturally complex macroporous polycrystalline structures from powder (material in fragmented state); (3) medico-biological aspect of interaction between cell cultures and calcium phosphate ceramic material in in vitro and in vivo model experiments. Fine powders of calcium phosphates with a high uniformity of distribution of inorganic and organic components (which are carbon precursors) for production of ceramic composite materials in the wide range of ratios of Ca/P (0,5During the Project new methodologies will be developed to produce powders of calcium phosphates colored with carbon from calcium hydroxycarboxylatephosphates and also from the products of interaction of calcium hydroxycarboxylates with phosphoric acids and calcium phosphates with hydroxycarboxylic acids. The Project will provide new knowledge about the features of physico-chemical processes occurring during heating of preceramic composites "polymer/inorganic powder" from purposefully synthesized powders with desired properties (phase and chemical composition, dispersion, coloring, high uniformity of component distribution). Production of colored black (i.e., modified with carbon) powders of calcium phosphates from calcium hydroxycarboxylatephosphates and also from of the products of interaction of calcium hydroxycarboxylates with phosphoric acids and calcium phosphates with hydroxycarboxylic acids will be implemented for the first time. Increasing the resolution of stereolithographic printing of preceramic semifinished item due to the use of synthetic colored calcium phosphate powders with high homogeneity of the carbon distribution, reducing the lateral dispersion of UV light during printing, has not previously been carried out. It should be noted that the introduction of carbon into the composition of the calcium phosphate powder is a multi-purpose technological technique that will improve the quality of printing, will serve as a regulator during the formation of ultrafine grained microstructure of ceramics, and for a number of phase compositions (containing melt) will be a source of the gas phase, providing the formation of a microporous surface of macropores in a porous material. Biomedical research will allow to establish the correlation between microstructure, phase composition and architecture of new porous calcium phosphate matrixes and the most important for practical use in regenerative medicine their properties such as biocompatibility, osteoconductivity and osteoinductivity.

Цель настоящего Проекта состоит в разработке физико-химических основ получения новых керамических биосовместимых резорбируемых пористых материалов в системе СаО-Р2О5 с использованием аддитивных технологий для развития регенеративных методов лечения дефектов костной ткани. Проект направлен на решение конкретной задачи создания керамических материалов на основе фосфатов кальция из синтетических порошков с использованием стереолитографической печати разрешения в качестве метода формования изделия или образца, которые могут быть использованы как сами по себе, так и в качестве резорбируемой основы конструкций тканевой инженерии для восстановления дефектов костной ткани. Основное внимание будет уделено разработке подходов, позволяющих: - повысить латеральное разрешение стереолитографической печати пористых керамических изделий с заданной архитектурой порового пространства; - достичь заданного фазового состава материала, обеспечивающего способность керамической матрицы к резорбции и поддержанию пролиферации и остеогенеза костных клеток; - добиться получения ультразернистой микроструктуры керамического материала; - подтвердить эффективность создаваемых биосовместимых резорбируемых кальцийфосфатных пористых материалов в обеспечении остеогенеза и процессов регенерации костной ткани. Специальная архитектура порового пространства, заданный фазовый состав и ультразернистая микроструктура обеспечат повышенную проницаемость, превосходные свойства материала в отношении остеокондуктивности и остеоиндуктивности, а также прочность ажурной конструкции макропористого керамического изделия. Решение данной задачи предполагает: 1. Разработку подходов к получению синтетических прекурсоров (включая оксикарбоксилатфосфаты кальция) с высокой однородностью распределения в своем составе неорганических и органических компонентов для получения окрашенных углеродом порошков фосфатов кальция; 2. Разработку подходов к получению высокодисперсных окрашенных углеродом порошков фосфатов кальция из синтетических прекурсоров с высокой однородностью распределения неорганических и органических компонентов; 3. Оптимизацию состава системы, предназначенной для формования, в состав которой входят мономеры, технологические добавки и синтетический порошок фосфата кальция, содержащий углерод в качестве компонента, снижающего латеральное рассеивание света и обеспечивающего высокое разрешение стереолитографической печати керамического полуфабриката; 4. Определение параметров стереолитографической печати прекерамического полуфабриката, представляющего собой наполненный окрашенным порошком фосфата кальция полиакрилат; 5. Исследование процессов, протекающих при термообработке напечатанных изделий представляющих собой композит «полиакрилат/окрашенный порошок фосфата кальция» (наполненный полимер); 6. Исследование процесса формирования керамического материала (поликристаллического скелета) с заданной архитектурой порового пространства после удаления связующего (полиакрилата) из порошкового полуфабриката фосфатов кальция с мольным соотношением Са/Р в интервале 0,5≤Са/Р≤1,5. 7. Исследование керамических свойств создаваемых материалов; 8. Исследование взаимодействия клеточных культур и керамических плотных и пористых биосовместимых биорезорбируемых материалов для подтверждения возможности создания конструкций тканевой инженерии, представляющих собой керамическую пористую основу, заселенную остеобластами или содержащую компоненты, поддерживающие остеогенез и/или подавляющих нежелательные воспалительные процессы; 9. Исследование влияния физико-химических свойств создаваемых материалов на их биологическую активность (биосовместимость, способность поддерживать адгезию, пролиферацию и миграцию клеток, а также направлять дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток в остеогенном направлении) в условиях in vitro. 10. Исследование биосовместимости и остеоинтегративных свойств керамических кальцийфосфатных материалов в модельных исследованиях на животных (in vivo) и определение оптимальных условий для остеоинтеграции и последующего замещения синтетических остеопластических материалов нативной костной тканью.