Projekti / Programi
Napredne hemokompatibilne površine žilnih opornic
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 7.00.00 |
Interdisciplinarne raziskave |
|
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B530 |
Biomedicinske vede |
Srce in obtočila |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.02 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Klinična medicina |
nanostruktura, plazemska obdelava, žilne opornice, biokompatibilnost/hemokompatibilnost
Raziskovalci (19)
Organizacije (4)
Povzetek
Glavni cilj projekta je izboljšati lastnosti površine žilnih opornic iz titanovih zlitin. Kljub temu, da se titanove zlitine pogosto uporabljajo za žilne opornice le te še vedno nimajo optimalnih lastnosti, kar vodi do restenoze. Restenoza predstavlja velik problem na vseh površinah žilnih opornic. V več kot 33% se pojavi restenoza, večja verjetnost za nastanek je pri bolnikih, ki so v rizični skupini, kot so bolniki s sladkorno boleznijo. Žilne opornice lahko razdelimo na “navadne” kovinske žilne opornice (BMS) in na žilne opornice s kontroliranim sproščanjem (DES). V primeru DES žilnih opornic je možnost za alergijske reakcije in za nastanek restenoze manjša, saj so te žilne opornice prekrite z nanosi, ki sproščajo proti-proliferacojske, imunosupresivne in proti-trombogene molekule, kateri močno znižajo proliferacijo gladkih mišičnih celic in zmanjšajo trombozne reakcije. Vendar pa je bilo ugotovljeno, da tovrstne žilne opornice (DES) tudi zmanjšajo proliferacijo endotelijskih celic, kar potencialno lahko vodi do tromboze. Tako je verjetnost, da bolnik z DES žilno opornico umre zaradi srčnega infarkta kar za 32% višja kot pri bolnikih z “navadno” kovinsko žilno porotnico (BMS) [Lagerqvist B. et al., New England Journal of Medicine 2007, 356, 1009-1019]. V zadnjih nekaj letih je bilo opaziti velik upad v prodaji DES, predvsem zaradi kliničnih študij, ki povezujejo povečanje tromboze pri bolnikih z DES žilnimi opornicami. Poleg tega podjetja vse več truda vlagajo v razvoj novih žilnih opornic, vendar je bilo do sedaj razvoj dokaj inkrementalen. Inovacije predvsem temeljijo na novih polimernih nanosih, platformah za žilne opornice ter različnih zdravilnih učinkovinah. Poleg tega so DES žilne opornice trikrat dražje od BMS.
Tako je glavni cilj predlaganega projekta razviti napredne površine žilnih opornic, ki bodo zmanjšale možnosti za nastanek restenoze in tromboze brez da bi uporabili polimerne nanose. To bomo dosegli z elektrokemijsko anodizacijo in uporabo visoko reaktivne plazemske obdelave. Z elektrokemijsko anodizacijo bomo tvorili samo-urejene vertikalno postavljene nanocevke iz titanovega dioksida (TiO2), ki bodo imele premer od 15 do 100 nm. Nadaljnje bomo te cevke obdelali z visoko reaktivno plazmo, s tem bomo dosegli povečano koncentracijo kisika na površini in iz njih odstranili površinske nečistoče. Ker sterilizacija površin predstavlja zadnji korak pri obdelavi površine in je pomembna za uspešno delovanje implantata, bomo raziskali tudi vplive različnih vrst komercialno uporabljenih sterilizacij na lastnosti površine in na biološki odziv. Biomimetične površine so zaradi svojih površinskih lastnosti zanimive, saj nanostruktura lahko močno vpliva na biološki odziv. Vsekakor pa ob tem ne smemo izpustiti tudi drugih pomembnih lastnosti površine, kot sta kemijska sestava površine in omočljivost površine. S pravilnim izborov lastnosti površine je mogoče doseči sinergijski učinek. Predhodni rezultati na projektu (raziskovalni projekt ARRS »Priprava hemokompatibilnih polimernih površin za biomedicinske aplikacije« Z3-4261, 2011 do 2013) so pokazali, da s plazemsko obdelavo polimernega materiala lahko dosežemo izboljšano proliferacijo endoteljiskih celic in ob enem bistveno zmanjšamo adhezijo in aktivacijo trombocitov. To je bilo moč doseči s primernim nanostrukturiranjem površine in s funkcionalizacijo površine. Ker titanovih zlitin s plazmo ne moremo nanostrukturirati, bomo uporabili elektrokemijsko anodizacijo s katero bomo tvorili urejeno strukturo nanocevk, spremebe v kemijski sestavi pa bomo dosegli z uporabo visoko reaktivne plinske plazme. V tesnem sodelovanju s strokovnjaki s področja materialov, fizike plazme in medicine bomo dosegli primerne lastnosti površine titana, s katerimi bomo dosegli zaželen biološki odziv. Tako nameravamo z uporabo dveh novih tehnik (elektrokemijska anodizacija in plazemska obdelava) razviti novo generacijo žilnih opornic, ki bodo zavirale razraščanje gladkih mišičnih celic, prep
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati raziskav bodo doprinesli pomembno znanje na področju interakcije nanostrukturiranih površin s krvjo (aktivacija in adhezija trombocitov), informacije o selektivnosti interakcije nanostruktur z različnimi vrstami celic (fibroblastne celice, endotelijske celice, gladke misične celice) ter dvema pomembnima vrstama proteinov, ki se nahajata v krvni plazmi (fibrinogen in albumin). Mehanizmi interakcij celotne krvi z nanostrukturiranimi površinami so še danes zelo slabo poznani. Trenutno je razvoj biomaterialov v stiku s krvjo še vedno zelo kompleksen, saj še danes ne obstajajo potrebne informacije o tem katere lastnosti površine imajo ključen pomen za uspešno preprečevanje nezaželenih tromboznih reakcij na površini implantata.
Z razvojem nanotehnologij se je povečala možnost za izdelovanje biomimetičnih površin, ki posnemajo naravno strukturiranost tkiva in s tem omogočajo primeren biološki odziv. Zato je za nadaljen razvoj medicinskih pripomočkov v stiku s krvjo ključnega pomena, da študiramo vplive različnih nanostruktur na kompatibilnost s krvjo. Pridobljeno znanje lahko predstavlja mejnik v proizvodnji nove generacije biomimetičnih žilnih opornic, ki bodo bistveno zmanjšale do sedaj poznane nezaželene zaplete na žilnih opornicah, ter bodo imele visoko dodano vrednost. Rezultati predlaganega projekta bodo omogočili razvoj nove generacije žilnih opornic, ki bodo zmanjšale po-operativne zaplete ter tveganje za trombozo.
Tekom trajanja projekta ne bomo pridobili le znanja o interakcijah celic s TiO2 nanostrukturami, ampak tudi pomembne informacije o vplivih topografije, kemijske sestave in omočljivosti površine na in vitro biološki odziv.
Delo na projektu bo izrazito intradisciplinarne in transdisciplinarne narave, saj bo zahtevalo tesno sodelovanje raziskovalcev iz različnih področij (fizike, kemije, mikrobiologije, strojništva itd.), s čemer bomo prišli do novih spoznanj in znanja, ki ga bomo lahko uporabili na različnih področjih delovanja.
Pomen za razvoj Slovenije
Trg z biomedicinskimi pripomočki je poznan kot eden največjih in najhitreje rastočih trgov, ki ga odlikujejo produkti z visoko dodano vrednostjo. V zadnjih nekaj letih podjetja vse več vlagajo v raziskave in razvoj novih materialov za uporabo v medicini, saj jim le tovrsten razvoj omogoča konkurenčno prednost pred ostalimi podjetji. Kljub temu trenutno v Sloveniji raziskave novih materialov za medicinske aplikacije predvsem potekajo na raziskovalnih organizacijah in le malo je podjetij, ki vlagajo v razvoj novih materialov. Razlog je predvsem v pomanjkanju znanja s področja nanotehnologij, pomanjkanju transdisciplinarnega znanja, visokih stroških raziskav (raziskovalci, raziskovalna oprema) in dolgotrajnih študijah, ki so potrebni preden produkt pride na trg in prinaša dobiček. Rezultati predlaganega projekta bodo pomagali premagati nekatere od naštetih omejitev s katerimi se podjetja delujoča na področju medicinskih pripomočkov soočajo. Znanje o vplivih nanostruktur s celicami bo omogočilo podjetjem, da ustvarijo nove visoko-tehnološke produkte, ki jih odlikuje visoka dodana vrednost in vodijo k daljši življenjski dobi in višji kakovosti življenja bolnikov z žilnimi opornicami. Poleg tega bodo podjetja ob tem uspela širiti proizvodnjo različnih produktov, povečala dobiček in s tem povečala konkurenčnost ter ustvarila nova visoko kakovostna delovna mesta. Razvoj znanja na tem področju pa bo pripomogel tudi k razvoju znanja s področja biomaterialov in bo izboljšal možnosti izobraževanja na tem področju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
