В рамках проекта будут заложены фундаментальные основы нового подхода к поверхностному модифицированию пористых изделий из полиэфиркетонкетона и сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена, изготовленных методом послойного наплавления (FDM, 3D-печати). Используемый подход будет основан на частичном растворении поверхности изделия в смеси растворителей с формированием слоя, способного захватывать модифицирующий агент из внешней среды. В качестве модифицирующего агента в предлагаемом проекте будет выступать гидроксиапатит. Будет исследовано влияние состава модифицирующего раствора (соотношения растворителей, содержания гидроксиапатита) и времени модифицирования на свойства формируемых слоёв, содержащих гидроксиапатит (морфологию, толщину, содержание и распределение кальция и фосфора, адгезию, пролиферацию и остеогенную дифференцировку стволовых клеток) и архитектуру пористых изделий на основе полиэфиркетонкетона и сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом.
Руководитель проекта: Семён Игоревич Горенинский, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Научного центра трансляционной медицины.
Проект, вошедший в число победителей в рамках открытого публичного конкурса на получение грантов Российского научного фонда по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс), реализуется при поддержке Российского научного фонда и федеральной территории «Сириус» (паритетное финансирование).
Поверхностное модифицирование полимерных материалов является актуальным направлением медицинского материаловедения. Формирование покрытий, ковалентная пришивка и инкорпорирование биологически активных соединений на поверхности полимерных изделий позволяют придать им биологические характеристики, необходимые для конкретного применения, без потери механических свойств [Katti, Dhirendra S. et al. Improved Biomaterials for Tissue Engineering Applications: Surface Modification of Polymers. Current Topics in Medicinal Chemistry, Volume 8, Number 4, 2008, pp. 341-353]. Особенно актуальной становится эта проблема в случае биоинертных полимеров ряда полиарилэфиркетонов и фторполимеров, обладающих уникальным комплексом физико-химических и механических характеристик, но низким потенциалом для клеточной адгезии, пролиферации и интеграции со здоровыми тканями. Поверхностное модифицирование данных полимеров дополнительно осложняется химической стабильностью и низкой адгезией покрытий, нанесённых плазменными методами.
Таким образом, научная значимость предлагаемого проекта заключается в разработке нового метода нанесения гидроксиапатита на поверхность пористых изделий на основе полиэфиркетонкетона и сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена, который можно реализовать без использования дорогостоящего оборудования (например, установок для магнетронного распыления).
Несмотря на фундаментальный характер проекта, его прикладные результаты имеют большое значение для системы здравоохранения Российской Федерации. В частности, персонализированные имплантаты на основе биоинертных полимеров с покрытием, содержащим гидроксиапатит, созданные с использованием предлагаемого в проекте подхода, могут быть использованы для восстановления мелких костных структур, что подтверждается письмом поддержки от Научно-исследовательского института онкологии Томского национального исследовательского медицинского центра.
По итогам выполнения проекта будут заложены фундаментальные основы нового метода иммобилизации гидроксиапатита на поверхности пористых изделий из полиэфиркетонкетона и сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена, сформированных методом послойного наплавления. Будут выбраны оптимальные режимы нанесения, предполагающие минимальное использование токсичных растворителей и обеспечивающие наилучшие характеристики сформированных слоёв полимера, содержащих гидроксиапатит (в первую очередь, адгезию, пролиферацию и остеогенную дифференцировку стволовых клеток). Исследования, проведённые в рамках проекта, позволят провести сравнительный анализ материалов на основе полиэфиркетонкетона и сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом с точки зрения физико-химических и биологических свойств, а также экономической целесообразности практического использования.
Помимо прикладного значения в области разработки материалов с остеогенными свойствами, проведённые работы станут научным заделом в направлении разработки биоактивных персонализированных имплантатов на основе биоинертных полимеров ряда полиарилэфиркетонов и фторированных полимеров.
