Večfunkcionalne bioaktivne prevleke na različnih substratih za biomedicinske aplikacije
Šifra | J1-9169
Naziv projekta | VEČFUNKCIONALNE BIOAKTIVNE PREVLEKE NA RAZLIČNIH SUBSTRATIH ZA BIOMEDICINSKE APLIKACIJE
Nosilka projekta | dr. Lidija Fras Zemljič
Raziskovalni projekt financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije
| Trajanje projekta | 1. 7. 2018 do 30. 6. 2021 |
| Obseg financiranja | 4,5 FTE (cenovna kategorija C) |
| Nosilka projekta | dr. Lidija Fras Zemljič |
| Koordinator projekta | Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo |
| Sodelujoče RO | Spletna povezava SICRIS |
| Sestava projektne skupine | Spletna povezava SICRIS |
Povzetek projekta
V okviru projekta z naslovom Večfunkcionalne bioaktivne prevleke na različnih substratih za biomedicinske aplikacije razvijamo nove analitske pristope za analizo na novo zasnovanih bioaktivnih prevlek iz različnih kombinacij naravno prisotnih polisaharidov in/ali sintetičnih polimerov na medicinskem nerjavnem jeklu in zlitini TiAlV, ki bodo izboljšale biokompatibilnost, bioaktivnost, trpežnost in korozijsko odpornost kovinskega materiala (substrata) ter bodo po svojih lastnostih boljše od najsodobnejših izdelkov, ki so trenutno prisotni na trgu.
Naš pristop omogoča zasnovo prevlek s prilagojeno hidrofilnostjo, protimikrobno in protivnetno aktivnostjo. S takšnimi lastnostmi spodbudimo sposobnost vezave materiala na okoliško kost in s tem vključitev vsadka (osteointegracijo). Gonilno silo za optimizacijo prevleke predstavlja podrobno razumevanje interakcij med kovino, polimeri, zdravilnimi učinkovinami, celicami in biološkim okoljem. Te interakcije so pogosto spregledane, vendar je njihova obsežna študija edini način za razumevanje obnašanja katerega koli umetnega materiala, ki je izpostavljen tako agresivnemu in zapletenemu okolju, kot je človeško telo. Oblikovanje in simulacija ciljne uporabe ter sistematično ocenjevanje učinkovitosti materialov v in vitro simuliranem okolju zato predstavlja sestavni del razvoja novih večfunkcionalnih bioaktivnih prevlek v tem projektu.
Informacije za poglobljeno razumevanje interakcij med funkcionaliziranim kovinskim materialom (substratom), večnamensko prevleko in biološkim okoljem (tkivom), ki je v stiku s funkcionaliziranim materialom, lahko pridobimo le z uporabo najsodobnejših interdisciplinarnih tehnik in pristopov za karakterizacijo. Zato pri našem delu uporabljamo kombinacijo metod iz zelo različnih znanstvenih področij, kar nam daje veliko globlji vpogled v lastnosti novih materialov in njihove potencialne zmogljivosti. S tem razvijamo nove pristope za izboljšano vrednotenje rezultatov o varnosti in učinkovitosti kovinskih ortopedskih materialov na laboratorijski ravni.
Naše raziskave zajemajo naslednje stopnje:
1. Pridobivanje podatkov o površinskih lastnostih novih večplastnih prevlek na kovinskem substratu s tehnikami AFM, FE-SEM, ToF-SIMS, XPS, EDX in meritvami omočitvenega kota (nabor naštetih tehnik prilagajamo glede na lastnosti posameznih materialov).
2. Ocenjevanje strukturnih značilnosti posameznih slojev z meritvami ATR-FTIR, pa tudi z BDS (angl. beam deflection spectrometry).
3. Ocenjevanje korozijske občutljivosti pripravljenih sistemov v simuliranem ciljnem okolju (NaCl, W = 0,9 %) z elektrokemijskimi meritvami, vključno z elektrokemijsko impedančno spektroskopija (EIS) in ciklično polarizacijo (CP).
4. Ocenjevanje medsebojnega delovanja sistemov z relevantnimi človeškimi celicami (na osnovi MTT-testa in angl. live/dead testa).
5. Pridobivanje podatkov o sposobnosti sistemov za nadzorovano sproščanje zdravilne učinkovine z obsežnimi študijami in vitro sproščanja, pri čemer v vsakem koraku študije podatke temeljito statistično ovrednotimo.
Ugotovili smo, da predlagani pristop (kombinacija metod iz zelo različnih znanstvenih področij) daje veliko globlji vpogled v lastnosti novih materialov in njihove potencialne zmogljivosti. Čeprav bi seznam uporabljenih metod lahko še širili, verjamemo, da je predstavljena kombinacija potrebna podlaga za analizo prevlek na kovinskih substratih za ortopedske vsadke, ki bi ga bilo v prihodnosti mogoče prenesti v klinično okolje. Pristopi, ki smo jih uporabljali za študij materialov, so temeljili na zgoraj opisanem, vendar smo jih smiselno prilagajali glede na značilnosti posameznih sistemov.
Menimo, da imajo večfunkcionalne bioaktivne prevleke, ki jih razvijamo v sklopu tega projekta, velik potencial za razvoj novih ortopedskih materialov, ki bodo imeli daljšo življenjsko dobo, boljšo sprejemljivost (zaradi zmanjšane možnosti okužb, stimulacije pritrditve celic in lažje fiksacije vsadkov) in bodo z nadzorovanim sproščanjem zdravilnih učinkovin omogočali učinkovito farmakoterapijo. Vse našteto bi občutno znižalo stroške zdravljenja in v veliki meri povečalo kakovost življenja pacientov.