Strategii terapeutice pentru imbunatatirea raspunsului de vindecare a osului prin utilizarea de implanturi pe baza de magneziu bioresorbabile cu acoperiri bioactive

 

 

Director proiect:
Conf. Dr. Anisoara Cimpean
Telefon: 021.318.15.75/int 106
Fax : 021.318.15.75/int 102
E-mail: anisoara.cimpean@bio.unibuc.ro

Institutia coordonatoare:

Universitatea din Bucuresti
Facultatea de Biologie, Departamentul de Biochimie si Biologie Moleculara
www.dbbm.bio.unibuc.ro

Institutii partenere:

Universitatea Politehnica din Bucuresti - P1

Universitatea de Stiinte Agronomice si Medicina Veterinara din Bucuresti - P2

R&D Consultanta si Servicii SRL - P3

Tehnomed Impex CO S.A - P4

Autoritatea contractanta: UEFISCDI

Codul proiectului: PN-II-PT-PCCA-2013-4-2119

Tipul, numarul proiectului: PCCA 195/2014

Titlul proiectului: Strategii terapeutice pentru imbunatatirea raspunsului de vindecare a osului prin utilizarea de implanturi bioresorbabile, pe baza de magneziu, cu acoperiri bioactive

Acronim: BIOCOATMAG

Durata: 24 luni

Buget: 
1.125.000.00 lei

Echipa de cercetare Fisier de tip .pdf ! Echipa PCCA 195 

In ultimul deceniu, implanturile ortopedice au atras un interes crescut pentru cercetare si aplicatii clinice, dar se poate afirma ca sunt departe de a fi optime. Biomaterialele metalice implantabile utilizate in prezent raman permanent in organism si expunerea pe termen lung a acestor implanturi nedegradabile creste semnificativ riscul complicatiilor, precum inflamatia cronica asociata cu foreign body reation. Incapsularea implantului reprezinta una dintre cele mai mari neajunsuri ale acestor materiale. In plus, multe implanturi sunt utilizate pentru a indeplini o functie temporara iar o a doua procedura pentru indepartarea lor este adesea dificila. In prezent, cercetarea se axeaza pe investigarea aplicarii metalelor bioresorbabile care se presupune ca sprijina procesul de vindecare al tesuturilor vatamate si, ulterior, se degradeaze pe masura ce tesutul regenerat functional este format. Aliajele pe baza de magneziu (Mg) reprezinta o noua clasa de biomateriale biodegradabile, cu rezistenta specifica si biocompatibilitate crescute capabile sa dobandeasca o functie temporara ce face posibila evitarea unei a doua interventii ce este costisitoare. Cu toate acestea, efectele secundare precum formarea unor bule de hidrogen si modificarea pH-ului local in jurul implantului, generate ca urmare a ratei crescute de degradare a Mg in mediul biologic, poate avea un impact negativ asupra integrarii acestuia in tesutul gazda.

In acest context, scopul acestui proiect este de a dezvolta o strategie biotehnologica noua pentru a depasi problemele mentionate anterior si imbunatati capacitatea de osteointegrare a implanturilor pe baza de Mg. Prin urmare, va fi dezvoltat si investigat prin tehnologii si tehnici inovatoare un aliaj nou avand ca baza sistemul MgCaMnZr cu o viteza de degradare controlata si potential redus de producere de hidrogen. Acest material va fi procesat termomecanic pentru a permite ajustarea sa structurala si pentru a indeplini proprietatile dorite. Mai mult, acoperirile pe baza de celuloza vor fi functionalizate cu resveratrol sau sericina, doua biomolecule care au fost recent caracterizate pentru efectele lor benefice asupra regenerarii osoase. Asteptarile noastre sunt ca aliajul nou selectat, avand ca element de baza Mg, impreuna cu acoperirile dezvoltate vor proteja aliajul reducand astfel rata sa de degradare, furnizand implantului rezistenta dorita in perioada initiala a procesului de vindecare si evitand efectele adverse asociate cu degradrea sa rapida. Mai mult, este de asteptat ca functionalizarea acestor acoperiri sa grabeasca procesul de vindecare si osteointegrarea implantului.

Proiectul abordeaza o cercetare experimentala multidisciplinara urmarind progrese semnificative in mai multe domenii stiintifice (s.a., biotehnologie, stiinta materialelor, medicina etc,) si implica o echipa de cercetare calificata cu abilitati si expertiza specifice. Astfel, vor fi realizate investigatii in vitro complexe ce constau din studii de interfata cu scopul de a selecta cea mai adecvata formula de aliaj pentru aplicatia vizata si ulterior sa se stabileasca performanta sa biologica pe modele animale experimentala. Probele selectate vor fi implantate ca prototipuri in sobolani Wistar si animale domestice mici pentru monitorizarea in vivo a raspunsului tesutului gazda si repararii defectului osos. Materialul si produsul demostrator dezvoltate vor fi investigate si pentru a evalua proprietatile lor fizico-chimice. Toate rezultatele obtinute vor fi integrate cu scopul de a identifica cele mai bune caracteristici ale materialului pentru aplicatia vizata.

Este de asteptat ca abordarea biotehnologica originala si inovativa a acestui proiect sa aiba un impact important asupra standardului de viata in raport cu sanatatea si sa contribuie la crestearea sperantei de viata. De asemenea, speram intr-un impact pozitiv al proiectului asupra costurilor de sanatate, sistemului educational si resursei umane.

Obiectivul general al proiectului consta in dezvoltarea unui nou implant bioresorbabil pe baza de Mg prin dezvoltarea unor noi strategii de acoperire a suprafetei pentru imbunatatirea oseointegrarii.

Obiectivele specifice ale acestui proiect sunt:

i) Abordarea unei noi strategii pentru imbunatirea performantei biologice a implanturilor osoase temporare;

ii) Stabilirea unei compozitii originale pentru aliajele pe baza de Mg cu biocompatibilitate crescuta si rata de degradare scazuta in fluide biologice si dezvoltarea unor tehnologii de laborator pentru sinteza acestuia;

iii) Stabilirea procedurii si parametrilor pentru prelucrarea termo-mecanica a aliajului pe baza de Mg cu biocompatibilitate crescuta si rata de degradare scazuta in fluide fiziologice si definirea caracteristicillor sale;

iv) Obtinerea unor noi acoperiri pe baza de celuloza pentru biomateriale pe baza de Mg si functionalizarea lor cu sericina sau resveratrol;

v) Obtinerea produsului demonstrator - implant temporar pe baza de Mg acoperit si functionalizat;

vi) Stabilirea si definirea acoperirilor finale a aliajului de Mg nefunctionalizat si functionalizat cu biomolecule ce manifesta cea mai buna performanta biologica, pe baza studiilor in vitro;

vii) Demonstrarea tehnologiilor dezvoltate pentru a obtine modelul demonstrator de implant temporar pe baza aliajului de Mg;

viii) Dezvoltarea unui model experimental  in vivo pentru implanturi pe baza de Mg fabricate in urma strategiilor biotehnologice nou dezvoltate.

Rezultatele așteptate ale proiectului sunt:

i) Executia de implanturi demonstrative bioresorbabile cu biocompatibilitate crescuta, raspunsuri de vindecare osoasa si anti-inflamator imbunatatite, precum si o rata de degradare controlata, aspecte demonstrate prin teste in vitro si in vivo;

ii) Dezvoltarea unei noi tehnologii pentru sinteza noului aliaj pe baza de Mg, de prelucrare termo-mecanica, acoperire si functionalizare a suprafetei in vederea implementarii industriale;

iii) Diseminarea rezultatelor prin intermediul paginii web a proiectului, prin care vor fi informati publicul, chirurgii si companiile despre produsele si modelele dezvoltate;

iv) Diseminarea rezultatelor prin intermediul a 2 publicatii stiintifice cotate ISI, prin participarea la 4 comunicari nationale si internationale pentru informarea comunitatii stiintifice pentru a creste vizibilitatea cercetarii romanesti;

v) Datele stiintifice obtinute vor contribui la elaborarea de teze de doctorat (1) si masterat (1).

PUBLICATII

ARTICOLE

Neacsu P, Staras AI, Voicu SI, Ionascu I, Soare T, Uzun S, Cojocaru VD, Pandele AM, Croitoru SM, Miculescu F, Cotrut CM, Dan I, Cimpean A. Characterization and In vitro and In vivo Assessment of a Novel Cellulose Acetate-coated Mg-based Alloy for Orthopaedic Applications, Materials, 2017, 10 (7), 686 (2017) http://www.mdpi.com/1996-1944/10/7/686/htm

Voicu SI, Condruz RM, Mitran V, Cimpean A, Miculescu F, Andronescu C, Miculescu M, Thakur VK. Sericin Covalent Immobilization onto Cellulose Acetate Membranes, ACS Sustainable Chem Eng, 4, 1765-1774 (2016). http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.5b01756

Voicu SI, Muhulet A, Antoniac IV, Corobea MS. Cellulose Derivatives based Membranes for Biomedical Applications, Key Engineering Materials, 638, 27-30 (2015). doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.638.27

Neacsu P, Ion RN, Mitran V, Staras AI, Cimpean A. State of the art and recent patents on Mg-based biodegradable bone implants, Recent Patents in Regenerative Medicine, 4 (3), 168-188 (2015). DOI: 10.2174/2210296505666150205155811 

Participari la manifestari stiintifice internationale

Voicu SI, Pandele MA, Staras AI, Neacsu P, Cimpean A, Miculescu F, Iordache A, Thakur VKResveratrol covalent immobilization onto cellulose acetate membranes for improved osseointegration, 10th International Conference on Materials Science & Engineering Bramat 2017, 8-10 martie 2017, Brasov, Romania (prezentare orală)

Voicu SI. Bioactive compounds covalent immobilization onto cellulose acetate membranes for biomedical applications, 7th International Conference “Biomaterials, Tissue Engineering & Medical Devices Biommedd 2016, 15-17 Septembrie 2016, Constanta, Romania (lucrare invitata)

Voicu SI, Muhulet A, Antoniac I. Cellulose derivatives based membranes for biomedical applications, 6th International Conference "Biomaterials, Tissue Engineering and Medical Devices" (BiomMedD 2014), 17-20 Septembrie 2014, Constanta, Romania, ISSN 2069-0193, pp.107 (prezentare orala).

Teza de doctorat pe tematica proiectului:

Staras Adela: Evaluarea in vitro a performanței biologice a biomaterialelor cu suprafață modificată (2014-2017)

 

 

 

 

Pagină actualizată la 29 Septembrie 2017.